Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments
Защита электродвигателя. Виды, схемы, принцип действия защиты электродвигателя.

Содержание

Для чего нужна защита двигателя?

Для того чтобы избежать непредвиденных сбоев, дорогостоящего ремонта и последующих потерь из-за простоя электродвигателя, очень важно оборудовать двигатель защитным устройством.

Защита двигателя имеет три уровня:

Внешняя защита от короткого замыкания установки. Устройства внешней защиты, как правило, являются предохранителями разных видов или реле защиты от короткого замыкания. Защитные устройства данного типа обязательны и официально утверждены, они устанавливаются в соответствии с правилами безопасности.

Внешняя защита от перегрузок, т.е. защита от перегрузок двигателя насоса, а, следовательно, предотвращение повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Это защита по току.

Встроенная защита двигателя с защитой от перегрева, чтобы избежать повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Для встроенного устройства защиты всегда требуется внешний выключатель, а для некоторых типов встроенной защиты двигателя требуется даже реле перегрузки.



Возможные условия отказа двигателя

Во время эксплуатации могут возникать различные неисправности. Поэтому очень важно заранее предусмотреть возможность сбоя и его причины и как можно лучше защитить двигатель. Далее приведён перечень условий отказа, при которых можно избежать повреждений электродвигателя:

• Низкое качество электроснабжения:

• Высокое напряжение

• Пониженное напряжение

• Несбалансированное напряжение/ ток (скачки)

• Изменение частоты

• Неверный монтаж, нарушение условий хранения или неисправность самого электродвигателя

• Постепенное повышение температуры и выход её за допустимый предел:

• недостаточное охлаждение

• высокая температура окружающей среды

• пониженное атмосферное давление (работа на большой высоте над уровнем моря)

• высокая температура рабочей жидкости

• слишком большая вязкость рабочей жидкости

• частые включения/отключения электродвигателя

• слишком большой момент инерции нагрузки (свой для каждого насоса)

• Резкое повышение температуры:

• блокировка ротора

• обрыв фазы

Для защиты сети от перегрузок и короткого замыкания при возникновении каких-либо из перечисленных выше условий отказа необходимо определить, какое устройство защиты сети будет использоваться. Оно должно автоматически отключать питание от сети. Плавкий предохранитель является простейшим устройством, выполняющим две функции. Как правило, плавкие предохранители соединяются между собой при помощи аварийного выключателя, который может отключить двигатель от сети питания. На следующих страницах мы рассмотрим три типа плавких предохранителей с точки зрения их принципа действия и вариантов применения: плавкий предохранительный выключатель, быстродействующие плавкие предохранители и предохранители с задержкой срабатывания.



Плавкий предохранительный выключатель

Плавкий предохранительный выключатель - это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе. С помощью выключателя можно размыкать и замыкать цепь вручную, в то время как плавкий предохранитель защищает двигатель от перегрузок по току. Выключатели, как правило, используются в связи с выполнением сервисного обслуживания, когда необходимо прервать подачу тока.

Аварийный выключатель имеет отдельный кожух. Этот кожух защищает персонал от случайного контакта с электрическими клеммами, а также защищает выключатель от окисления. Некоторые аварийные выключатели оборудованы встроенными плавкими предохранителями, другие аварийные выключатели поставляются без встроенных плавких предохранителей и оснащены только выключателем.

Устройство защиты от перегрузок по току (плавкий предохранитель) должно различать перегрузки по току и короткое замыкание. Например, незначительные кратковременные перегрузки по току вполне допустимы. Но при дальнейшем увеличении тока устройство защиты должно срабатывать немедленно. Очень важно сразу предотвращать короткие замыкания. Выключатель с предохранителем - пример устройства, используемого для защиты от перегрузок по току. Правильно подобранные плавкие предохранители в выключателе размыкают цепь при токовых перегрузках.

Плавкие предохранители быстрого срабатывания

Быстродействующие плавкие предохранители обеспечивают отличную защиту от короткого замыкания. Однако кратковременные перегрузки, такие как пусковой ток электродвигателя, могут вызвать поломку плавких предохранителей такого вида. Поэтому быстродействующие плавкие предохранители лучше всего использовать в сетях, которые не подвержены действию значительных переходных токов. Обычно такие предохранители выдерживают около 500% своего номинального тока в течение одной четвёртой секунды. По истечении этого времени вставка предохранителя плавится и цепь размыкается. Таким образом, в цепях, где пусковой ток часто превышает 500% номинального тока предохранителя, быстродействующие плавкие предохранители использовать не рекомендуется.

Плавкие предохранители с задержкой срабатывания

Данный тип плавких предохранителей обеспечивает защиту и от перегрузки, и от короткого замыкания. Как правило, они допускают 5-кратное увеличение номинального тока на 10 секунд, и даже более высокие значения тока на более короткое время. Обычно этого достаточно, чтобы электродвигатель был запущен и плавкий предохранитель не открылся. С другой стороны, если возникают перегрузки, которые продолжаются больше, чем время плавления плавкого элемента, цепь также разомкнётся.

Время срабатывания плавкого предохранителя

Время срабатывания плавкого предохранителя - это время плавления плавкого элемента (проволоки), которое требуется для того, чтобы цепь разомкнулась. У плавких предохранителей время срабатывания обратно пропорционально значению тока - это означает, что чем больше перегрузки по току, тем меньше период времени для отключения цепи.



В общем, можно сказать, что у электродвигателей насосов очень короткое время разгона: меньше 1 секунды. В этой связи для электродвигателей подойдут предохранители с задержкой времени срабатывания с номинальным током, соответствующим току полной нагрузки электродвигателя.

Иллюстрация справа демонстрирует принцип формирования характеристики времени срабатывания плавкого предохранителя. Ось абсцисс показывает соотношение между фактическим током и током полной нагрузки: если электродвигатель потребляет ток полной нагрузки или меньше, плавкий предохранитель не размыкается. Но при величине тока, в 10 раз превышающей ток полной нагрузки, плавкий предохранитель разомкнётся практически мгновенно (0,01 с). На оси ординат отложено время срабатывания.

Во время пуска через индукционный электродвигатель проходит достаточно большой ток. В очень редких случаях это приводит к выключению посредством реле или плавких предохранителей. Для уменьшения пускового тока используются различные методы пуска электродвигателя.


Что такое автоматический токовый выключатель и как он работает?

Автоматический токовый выключатель является устройством защиты от перегрузок по току. Он автоматически размыкает и замыкает цепь при заданном значении перегрузки по току. Если токовый выключатель применяется в диапазоне своих рабочих параметров, размыкание и замыкание не наносит ему никакого ущерба. Сразу же после возникновения перегрузки можно легко возобновить работу автоматического выключателя - он просто устанавливается в исходное положение.



Различают два вида автоматических выключателей: тепловые и магнитные.

Тепловые автоматические выключатели

Тепловые автоматические выключатели - это самый надёжный и экономичный тип защитных устройств, которые подходят для электродвигателей. Они могут выдержать большие амплитуды тока, которые возникают при пуске электродвигателя, и защищают электродвигатель от сбоев, таких как блокировка ротора.

Магнитные автоматические выключатели

Магнитные автоматические выключатели являются точными, надёжными и экономичными. Магнитный автоматический выключатель устойчив к изменениям температуры, т.е. изменения температуры окружающей среды не влияют на его предел срабатывания. По сравнению с тепловыми автоматическими выключателями, магнитные автоматические выключатели имеют более точно определённое время срабатывания. В таблице приведены характеристики двух типов автоматических выключателей.



Рабочий диапазон автоматического выключателя

Автоматические выключатели различаются между собой уровнем тока срабатывания. Это значит, что всегда следует выбирать такой автоматический выключатель, который может выдержать самый высокий ток короткого замыкания, который может возникнуть в данной системе.


Функции реле перегрузки

Реле перегрузки:

• При пуске электродвигателя позволяют выдерживать временные перегрузки без разрыва цепи.

• Размыкают цепь электродвигателя, если ток превышает предельно допустимое значение и возникает угроза повреждения электродвигателя.

• Устанавливаются в исходное положение автоматически или вручную после устранения перегрузки.

IEC и NEMA стандартизуют классы срабатывания реле перегрузки.

Обозначение класса срабатывания

Как правило, реле перегрузки реагируют на условия перегрузки в соответствии с характеристикой срабатывания. Для любого стандарта (NEMA или IEC) деление изделий на классы определяет, какой период времени требуется реле на размыкание при перегрузке. Наиболее часто встречающиеся классы: 10, 20 и 30. Цифровое обозначение отражает время, необходимое реле для срабатывания. Реле перегрузки класса 10 срабатывает в течение 10 секунд и менее при 600% тока полной нагрузки, реле класса 20 срабатывает в течение 20 секунд и менее, а реле класса 30 - в течение 30 секунд и менее.



Угол наклона характеристики срабатывания зависит от класса защиты электродвигателя. Электродвигатели IEC обычно адаптированы к определённому варианту использования. Это означает, что реле перегрузки может справляться с избыточным током, величина которого очень близка к максимальной производительности реле. Класс 10 - самый распространённый класс для электродвигателей IEC. Электродвигатели NEMA имеют внутренний конденсатор большей ёмкости, поэтому класс 20 для них применяется чаще.

Реле класса 10 обычно используется для электродвигателей насосов, так как время разгона электродвигателей составляет около 0,1-1 секунды. Для многих высокоинерционных промышленных нагрузок необходимо для срабатывания реле класса 20.

Сочетание плавких предохранителей с реле перегрузки

Плавкие предохранители служат для того, чтобы защитить установку от повреждений, которые могут быть вызваны коротким замыканием. В связи с этим плавкие предохранители должны иметь достаточную ёмкость. Более низкие токи изолируются с помощью реле перегрузки. Здесь номинальный ток плавкого предохранителя соответствует не рабочему диапазону электродвигателя, а току, который может повредить наиболее слабые составляющие установки. Как было упомянуто ранее, плавкий предохранитель обеспечивает защиту от короткого замыкания, но не защиту от перегрузок при низком токе.

На рисунке представлены наиболее важные параметры, формирующие основу согласованной работы плавких предохранителей в сочетании с реле перегрузки.



Очень важно, чтобы плавкий предохранитель сработал прежде, чем другие детали установки получат тепловое повреждение в результате короткого замыкания.


Современные наружные реле защиты двигателя

Усовершенствованные наружные системы защиты двигателя также обеспечивают защиту от перенапряжения, перекоса фаз, ограничивают число включений/выключений, устраняют вибрации. Кроме того, они позволяют контролировать температуру статора и подшипников через датчик температуры (PT100), измерять сопротивление изоляции и регистрировать температуру окружающей среды. В дополнение к этому усовершенствованные наружные системы защиты двигателя могут принимать и обрабатывать сигнал от встроенной тепловой защиты. Далее в этой главе мы рассмотрим устройство тепловой защиты.



Наружные реле защиты двигателя предназначены для защиты трёхфазных электродвигателей при угрозе повреждения двигателя за короткий или более длительный период работы. Кроме защиты двигателя, наружное реле защиты имеет ряд особенностей, которые обеспечивают защиту электродвигателя в различных ситуациях:

• Подаёт сигнал прежде, чем возникает неисправность в результате всего процесса

• Диагностирует возникшие неисправности

• Позволяет выполнять проверку работы реле во время техобслуживания

• Контролирует температуру и наличие вибрации в подшипниках

Можно подключить реле перегрузки к центральной системе управления зданием для постоянного контроля и оперативной диагностики неисправностей. Если в реле перегрузки установлено наружное реле защиты, сокращается период вынужденного простоя из-за прерывания технологического процесса в результате поломки. Это достигается благодаря быстрому обнаружению неисправности и недопущению повреждений электродвигателя.

Например, электродвигатель может быть защищён от:

• Перегрузки

• Блокировки ротора

• Заклинивания

• Частых повторных пусков

• Разомкнутой фазы

• Замыкания на массу

• Перегрева (с помощью сигнала, поступающего от электродвигателя через датчик PT100 или терморезисторы)

• Малого тока

• Предупреждающего сигнала о перегрузке


Настройка наружного реле перегрузки

Ток полной нагрузки при определённом напряжении, указанном в фирменной табличке, является нормативом для настройки реле перегрузки. Так как в сетях разных стран присутствует различное напряжение, электродвигатели для насосов могут использоваться как при 50 Гц, так и при 60 Гц в широком диапазоне напряжений. В связи с этим в фирменной табличке электродвигателя указывается диапазон тока. Если нам известно напряжение, мы можем вычислить точную допустимую нагрузку по току.

Пример вычисления

Зная точную величину напряжения для установки, можно рассчитать ток полной нагрузки при 254 / 440 Y B, 60 Гц.



Данные отображаются в фирменной табличке, какпоказано в иллюстрации.



Вычисления для 60 Гц



Коэффициент усиления напряжения определяется следующими уравнениями:



Расчет фактического тока полной нагрузки (I):



(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при минимальных значениях напряжения)



(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при максимальных значениях напряжения)

Теперь с помощью первой формулы можно рассчитать ток полной нагрузки:

I для «треугольника»:



I для «звезды»:



Величины для тока полной нагрузки соответствуют допустимому значению тока полной нагрузки электродвигателя при 254 Δ/440 Y В, 60 Гц.



Внимание: наружное реле перегрузки электродвигателя всегда устанавливается на номинальное значение тока, указанное в фирменной табличке.

Однако если электродвигатели сконструированы с учётом коэффициента нагрузки, который затем указывается в фирменной табличке, напр., 1.15, заданное значение тока для реле перегрузки может быть увеличено на 15% по сравнению с током полной нагрузки или коэффициентом нагрузки в амперах (SFA - service factor amps), который, как правило, указывается в фирменной табличке.


Внутренняя защита, встраиваемая в обмотки или клеммную коробку



Для чего нужна встроенная защита двигателя, если электродвигатель уже оснащён реле перегрузки и плавкими предохранителями? В некоторых случаях реле перегрузки не регистрирует перегрузку электродвигателя. Например, в ситуациях:

• Когда электродвигатель закрыт (недостаточно охлаждается) и медленно нагревается до опасной температуры.

• При высокой температуре окружающей среды.

• Когда наружная защита двигателя настроена на слишком высокий ток срабатывания или установлена неправильно.

• Когда электродвигатель перезапускается несколько раз в течение короткого периода времени и пусковой ток нагревает электродвигатель, что в конечном счёте, может его повредить.

Уровень защиты, который может обеспечить внутренняя защита, указывается в стандарте IEC 60034-11.

Обозначение TP

TP - аббревиатура «thermal protection» - тепловая защита. Существуют различные типы тепловой защиты, которые обозначаются кодом TP (TPxxx). Код включает в себя:

• Тип тепловой перегрузки, для которой была разработана тепловая защита (1-я цифра)

• Число уровней и тип действия (2-я цифра)

• Категорию встроенной тепловой защиты (3-я цифра)

В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:

TP 111: Защита от постепенной перегрузки

TP 211: Защита как от быстрой, так и от постепенной перегрузки.



Обозначение

Техническая егрузка и ее варианты (1-я цифра)

Количество уровней и функциональная область (2-я цифра)

Категория 1 (3-я цифра)

ТР 111

Только медленно (постоянная перегрузка)

1 уровень при отключении

1

ТР 112

2

ТР 121

2 уровня при аварийном сигнале и отключении

1

ТР 122

2

ТР 211

Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка)

1 уровень при отключении

1

ТР 212

2

ТР 221 ТР 222

2 уровня при аварийном сигнале и отключении

1

2

ТР 311 ТР 321

Только быстро (блокировка)

1 уровень при отключении

1

2

Изображение допустимого температурного уровня при воздействии на электродвигатель высокой температуры. Категория 2 допускает более высокие температуры, чем категория 1.

Все однофазные электродвигатели Grundfos оснащены защитой двигателя по току и температуре в соответствии с IEC 60034-11. Тип защиты двигателя TP 211 означает, что она реагирует как на постепенное, так и на быстрое повышение температуры.

 

Сброс данных в устройстве и возврат в начальное положение осуществляется автоматически. Трёхфазные электродвигатели Grundfos MG мощностью от 3.0 кВт стандартно оборудованы датчиком температуры PTC.



Эти электродвигатели были испытаны и одобрены как электродвигатели TP 211, которые реагируют и на медленное, и на быстрое повышение температуры. Другие электродвигатели, используемые для насосов Grundfos (MMG модели D и E, Siemens, и т.п.), могут быть классифицированы как TP 211, но, как правило, они имеют тип защиты TP 111.



Необходимо всегда учитывать данные, указанные на фирменной табличке. Информацию о типе защиты конкретного электродвигателя можно найти на фирменной табличке - маркировка с буквенным обозначением TP (тепловая защита) согласно IEC 60034-11. Как правило, внутренняя защита может быть организована при помощи двух типов устройств защиты: Устройств тепловой защиты или терморезисторов.


Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

В устройствах тепловой защиты, или термостатах, используется биметаллический автоматический выключатель дискового типа мгновенного действия для размыкания и замыкания цепи при достижении определённой температуры. Устройства тепловой защиты называют также «кликсонами» (по названию торговой марки от Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает заданной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключённой схеме управления. Термостаты оснащены контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для двух режимов. Термостаты предварительно откалиброваны производителем, и их установки менять нельзя. Диски герметично изолированы и располагаются на контактной колодке.

Через термостат может подаваться напряжение в цепи аварийной сигнализации - если он нормально разомкнут, или термостат может обесточивать электродвигатель - если он нормально замкнут и последовательно соединён с контактором. Так как термостаты находятся на наружной поверхности концов катушки, то они реагируют на температуру в месте расположения. Применительно к трёхфазным электродвигателям термостаты считаются нестабильной защитой в условиях торможения или в других условиях быстрого изменения температуры. В однофазных электродвигателях термостаты служат для защиты при блокировке ротора.



Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

Устройства тепловой защиты могут быть также встроены в обмотки, см. иллюстрацию.



Они действуют как сетевой выключатель как для однофазных, так и для трёхфазных электродвигателей. В однофазных электродвигателях мощностью до 1,1 кВт устройство тепловой защиты устанавливается непосредственно в главном контуре, чтобы оно выполняло функцию устройства защиты на обмотке. Кликсон и Термик - примеры тепловых автоматических выключателей. Эти устройства называют также PTO (Protection Thermique a Ouverture).



Внутренняя установка

В однофазных электродвигателях используется один одинарный тепловой автоматический выключатель. В трёхфазных электродвигателях - два последовательно соединённых выключателя, расположенных между фазами электродвигателя. Таким образом, все три фазы контактируют с тепловым выключателем. Тепловые автоматические выключатели можно установить на конце обмоток, однако это приводит к увеличению времени реагирования. Выключатели должны быть подключены к внешней системе управления. Таким образом электродвигатель защищается от постепенной перегрузки. Для тепловых автоматических выключателей реле - усилителя не требуется.

Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.


Принцип действия теплового автоматического выключателя

На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для стандартного теплового автоматического выключателя. У каждого производителя эта характеристика своя. TN обычно лежит в интервале 150-160 °C.



Подключение

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

TP 111 (постепенная перегрузка). Для того чтобы обеспечить защиту при блокировке ротора, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки.



Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Второй тип внутренней защиты - это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC). Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.





В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки электродвигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня. В этот момент происходит автоматическое приведение модуля управления в исходное положение, если только он предварительно не был настроен на сброс данных и повторное включение вручную.

Если терморезисторы установлены на концах катушки самостоятельно, защиту можно классифицировать только как TP 111. Причина в том, что терморезисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и, следовательно, не могут реагировать так быстро, как если бы они изначально были встроены в обмотку.



Система, чувствительная к температуре терморезистора, состоит из датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC), устанавливаемых последовательно, и твердотельного электронного выключателя в закрытом блоке управления. Набор датчиков состоит из трёх - по одному на фазу. Сопротивление в датчике остаётся относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур, с резким увеличением при температуре срабатывания. В таких случаях датчик действует как твердотельный тепловой автоматический выключатель и обесточивает контрольное реле. Реле размыкает цепь управления всего механизма для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки восстанавливается до допустимого значения, блок управления можно привести в прежнее положение вручную.

Все электродвигатели Grundfos мощностью от 3 кВт и выше оснащены терморезисторами. Система терморезисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC) считается устойчивой к отказам, так как в результате выхода из строя датчика или отсоединении провода датчика возникает бесконечное сопротивление, и система срабатывает так же, как при повышении температуры, - происходит обесточивание контрольного реле.


Принцип действия терморезистора

Критические значения зависимости сопротивление/ температура для датчиков системы защиты электродвигателя определены в стандартах DIN 44081/ DIN 44082.

На кривой DIN показано сопротивление в датчиках терморезистора в зависимости от температуры.


По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:

• Более быстрое срабатывание благодаря меньшему объёму и массе

• Лучше контакт с обмоткой электродвигателя

• Датчики устанавливаются на каждой фазе

• Обеспечивают защиту при блокировке ротора


Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Защита двигателя TP 211 реализуется, только когда терморезисторы PTC полностью установлены на концах обмоток на заводе-изготовителе. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельной установке на месте эксплуатации. Электродвигатель должен пройти испытания и получить подтверждение о соответствии его маркировке TP 211. Если электродвигатель с терморезисторами PTC имеет защиту TP 111, он должен быть оснащён реле перегрузки для предотвращения последствий заклинивания.

Соединение

На рисунках справа представлены схемы подключения трёхфазного электродвигателя, оснащённого терморезисторами PTC, с расцепителями Siemens. Для реализации защиты как от постепенной, так и от быстрой перегрузки, мы рекомендуем следующие варианты подключения электродвигателей, оснащённых датчиками PTC, с защитой TP 211 и TP 111.

Электродвигатели с защитой TP 111



Если электродвигатель с терморезистором имеет маркировку TP 111, это значит, что электродвигатель защищён только от постепенной перегрузки. Для того чтобы защитить электродвигатель от быстрой перегрузки, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки. Реле перегрузки должно подключаться последовательно к реле PTC.

Электродвигатели с защитой TP 211



Защита TP 211 двигателя обеспечивается, только если терморезистор PTC полностью встроен в обмотки. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельном подключении.

Терморезисторы разработаны в соответствии со стандартом DIN 44082 и выдерживают нагрузку Umax 2,5 В DC. Все отключающие элементы предназначены для приёма сигналов от терморезисторов DIN 44082, т.е терморезисторов компании Siemens.

Обратите внимание: Очень важно, чтобы встроенное устройство PTC было последовательно соединено с реле перегрузки. Многократные повторные включения реле перегрузки могут привести к сгоранию обмотки в случае блокировки электродвигателя или пуска при высокой инерции. Поэтому очень важно, чтобы температурные показатели и данные по потребляемому току устройства PTC и реле

Способы защиты электродвигателей | Техпривод

Верный признак того, что с двигателем происходит что-то неладное — значительное повышение температуры корпуса. Причины перегрева могут быть разные:

  • выход за пределы параметров питающего напряжения
  • неправильное подключение схемы питания
  • электрическая неисправность двигателя
  • механическая неисправность двигателя
  • перегрузка электродвигателя со стороны нагрузки
  • несоответствие условий окружающей среды

Рассмотрим различные способы защиты электродвигателя от перегрева и связанного с ним понижения механической мощности.

Защита от перегрузки

Перегрузка приводит к повышению тока обмоток. Если ток превысит номинальное значение для данного двигателя и условий работы, привод начнет перегреваться.

Для защиты от перегрузки по току используют тепловые реле и автоматы защиты. Настройка защитного устройства должна проводиться в соответствии с номинальным током двигателя. Если в нормальном режиме двигатель работает на мощности ниже номинальной, уставку теплового реле или автомата защиты целесообразно понизить, измерив рабочий ток привода.

Защита от короткого замыкания

Короткое замыкание (КЗ) может произойти не только в обмотке двигателя, но также в коробке с клеммами, в питающем кабеле или пусковой схеме. По этой причине целесообразно устанавливать защиту от КЗ на вводе питания пускателя. Обычно применяют предохранители и защитные автоматы, причем трехполюсные автоматы предпочтительнее, поскольку в случае аварии они полностью отключают питание от электродвигателя — при коротком замыкании срабатывает электромагнитный расцепитель.

Выход за пределы параметров питающего напряжения

Согласно ГОСТ 28173, электродвигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5% или отклонении частоты ±2%. При выходе за эти диапазоны мощность двигателя окажется ниже номинальной, поскольку температура обмоток статора может быть слишком высока.

Уровень напряжения контролируется с помощью реле контроля фаз, которые могут отключать двигатель в случае выхода напряжения по любой из фаз за установленные пределы. Дополнительные функции реле – контроль обрыва, чередования и асимметрии фаз.

Существуют также специализированные реле защиты двигателя, которые могут контролировать множество других параметров – перегруз или недогруз двигателя, асимметрию токов, перегрев и др.

Особенности защиты при питании двигателя через преобразователь частоты, где напряжение и частота значительно отклоняются от номинала, будут рассмотрены ниже.

Защита от перегрева

Источник перегрева может находиться в обмотке статора, в роторе, подшипниках, в месте электрического подключения. Во всех перечисленных случаях тепловая энергия выделяется на корпусе электродвигателя. Как правило, источником нагрева является обмотка, поэтому температурные датчики обычно устанавливают около нее, в лобовой части двигателя, которая меньше всего охлаждается вентилятором обдува.

Трехфазный электродвигатель XINRUI MS

В качестве датчиков используют полупроводниковые PTC терморезисторы (термисторы или позисторы). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины возникновения перегрева — заклинивание подшипников или нагрузки (быстрое нагревание), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленное нагревание).

Стандартное сопротивление позистора при температуре +25°С должно быть не более 300 Ом. При повышении температуры до пороговой сопротивление резко возрастает до значений более 2 кОм.

Если электродвигатель расположен в ответственном месте, целесообразно установить несколько датчиков внутри него и на корпусе с целью постоянного мониторинга и быстрого реагирования на внештатные ситуации.

Для защиты от перегрева корпуса очень важно обеспечить правильную работу воздушного охлаждения. В системе охлаждения используется вентилятор обдува, крыльчатка которого насажена на вал электродвигателя. Эффективность обдува снижается с повышением температуры окружающей среды. Рабочая мощность двигателя может быть равна номинальной при температуре среды не выше 40°С.

При повышении температуры воздуха мощность на валу должна быть снижена, иначе двигатель начнет перегреваться. Так, при температуре окружающей среды +60°С мощность не должна превышать 82% от номинала.

На перегрев двигателя также влияет высота его установки над уровнем моря. Это связано с меньшей эффективностью отбора тепла воздушным потоком на больших высотах. Например, если на высотах до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность необходимо снизить до 80%.

На большой высоте и при высокой температуре окружающей среды можно не понижать механическую мощность , если обеспечить принудительное интенсивное охлаждение. Более того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях работы можно добиться мощности выше номинала. В таких случаях нужно уделить особое внимание мониторингу температуры двигателя.

Защита двигателя при использовании частотного преобразователя

Преобразователь частоты – это электронное устройство, способное реализовать программно или аппаратно различные виды защиты.

Частотный преобразователь позволяет изменять скорость вращения вала. При этом изменяется не только частота питающего напряжения, но и величина напряжения. Важно правильно устанавливать рабочие точки на вольт-частотной характеристике двигателя.

В частном случае отношение напряжения к частоте является константой. Однако, исходя из принципов и задач регулирования, можно менять это отношение, изменяя форму кривой регулирования. Например, из-за понижения момента на низких частотах прибегают к увеличению минимального выходного напряжения, что, при злоупотреблении, может привести к перегреву.

При работе двигателя от частотного преобразователя, когда скорость вращения может быть гораздо меньше номинала, необходимо устанавливать принудительное независимое воздушное охлаждение.

Другие полезные материалы:
Электротехнический дайджест. Выпуск №1
Работа частотника с однофазным двигателем
Техническое обслуживание преобразователя частоты
Почему греется электродвигатель

Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Главная страница » Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Практически нет в эксплуатации техники, где не использовался бы электрический двигатель. Этот вид электромеханических приводов самой разной конфигурации применяется повсеместно. С конструктивной точки зрения, электромотор – оборудование несложное, вполне понятное и простое. Однако работа электродвигателя сопровождается значительными нагрузками разного характера. Именно поэтому на практике применяются реле защиты двигателя, функциональность которых также носит разносторонний характер. Степень эффективности, на которую рассчитана защита электрического двигателя, как правило, определяется схемными решениями внедрения реле и датчиков контроля.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Схема комплексной защиты двигателя с электропитанием

Существуют различные типы защитных реле, предназначенных исключить сбои двигателя при работе. Этими реле определяется рабочие состояние мотора, выходящее за рамки нормы, что в конечном итоге приводит к срабатыванию автоматического выключателя.

Комплексная защита двигателя обеспечивает контроль:

  • нарушений в обмотках и связанных цепях;
  • чрезмерной перегрузки и короткого замыкания;
  • дисбаланса трёхфазного и однофазного напряжения;
  • изменения порядка чередования фаз и коммутационных напряжений.

Основная характеристика защитных реле двигателя — это зависимость уменьшения времени срабатывания от увеличения магнитуды тока повреждения.

ОТКЛЮЧЕНИЕ

Защитные реле моторовУстройства из серии приборов, гарантирующих целостность моторов при работе электрических двигателей в тяжелых эксплуатационных условиях

Рассмотрим различные варианты защиты, применяемые к традиционным электрическим двигателям, находящимся в эксплуатации.

Перечень применяемых защит и предназначение каждой

Список часто применяемых защитных решений состоит из шести реализуемых функций:

  1. Перегрузка по току.
  2. Перегрев статорных обмоток.
  3. Перегрев ротора.
  4. Пониженное напряжение.
  5. Дисбаланс и пофазный сбой.
  6. Реверс фаз.

Прежде чем подробнее рассмотреть отмеченные схемы защиты, логичным видится разделить двигатели на две группы эксплуатационного статуса – значимые и малозначимые.

Перегрузка электродвигателя по току обмотки статора

Это основной функционал защиты, направленный на предотвращение короткого замыкания обмоток статора. Здесь предохранители и элементы прямого действия используются для защиты статорных обмоток двигателя.

Применительно к малозначимым сервисным моторам, для автоматического отключения используется мгновенное реле с обратно-зависимым временем реагирования на фазные перегрузки по току.

АВТОМАТ

Схема реле срабатывающего по токуСхема защиты двигателя от перегрузки по току и замыканий на землю: 1, 2, 3 — трансформаторы тока; 4, 5, 6 — устройства отсечки по току; Ф1, Ф2, Ф3 — линейные фазы; 7 — земля

Реле чередования фаз обычно настраиваются на 3,5-4 кратное превышение рабочего тока двигателя, с учётом достаточной задержки по времени, чтобы исключить срабатывание в моменты запуска мотора.

Для сервисных двигателей высокой значимости реле тока с обратно-зависимым временем срабатывания, как правило, не используются. Причиной тому является задействованный автоматический выключатель непосредственно в цепи двигателя.

Перегрев статорных обмоток электромотора при эксплуатации

Критичное состояние, в основном обусловленное непрерывной перегрузкой, торможением ротора или дисбалансом тока статора. Для полной защиты, в данном случае, трёхфазный двигатель необходимо оснастить элементами контроля перегрузки на каждой фазе.

Здесь для защиты малозначимых сервисных двигателей обычно используется защита от перегрузки по току либо прямое срабатывание на отключение от источника питания в случае перегрузки.

Если номинальная мощность двигателя превышает 1000 кВт, вместо одиночного реле с резистивным датчиком температуры, как правило, используется реле обратно-зависимого времени срабатывания по току.

3-Х ПОЛЮСНЫЙ

Температурный датчик для двигателя Термисторы предельной температуры для статора двигателя: 1 — залуженная часть проводника 7-10 мм; 2 — размер длины 510 — 530 мм; 3 — длина термистора 12 мм; 4 — диаметр термистора 3 мм; Дуговые соединения длиной 200 мм

Для значимых моторов автоматическое отключение применяют по желанию. В качестве главного защитника от перегрева статорных обмоток используется тепловое реле.

Фактор перегрева ротора (фазного)

Защита от перегрева ротора часто встречается в двигателях с раневым (фазным) ротором. Увеличение тока ротора отражается на токе статора, что требует включения защиты от превышения тока статора.

Настройка реле защиты статора по току в целом составляет величину, равную току полной нагрузки, увеличенному в 1,6 раза. Этого значения вполне достаточно, чтобы определить перегрев фазного ротора и включить блокировку.

Защита от пониженного напряжения

Электродвигатель потребляет чрезмерный ток при работе под напряжением ниже установленной нормы. Поэтому защита от недостатка напряжения или перенапряжения должна обеспечиваться датчиками перегрузки или чувствительными температурными элементами.

Чтобы избежать перегрева, двигатель необходимо обесточить на 40-50 минут даже в случае небольших перегрузок, превышающих 10 — 15% норматива.

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Термальная защита электродвигателяКлассический вариант термального контроля статорной обмотки: Т — датчики температуры, встроенные непосредственно среди обмоточных проводников

Защитное реле следует использовать для контроля нагрева ротора двигателя из-за токов обратной последовательности, возникающих в статоре по причине дисбаланса напряжения питания.

Дисбаланс и пофазный сбой на подаче электропитания 

Несбалансированное трехфазное питание также вызывает протекание тока обратной последовательности в обмотках статора двигателя. Подобное состояние вызывает перегрев обмотки статора и ротора (фазного).

Несбалансированное состояние, кратковременно передаваемое двигателю, необходимо контролировать и  поддерживать на таком уровне, чтобы избежать появления непрерывного состояния дисбаланса.

Рекомендуется применять реле защиты двигателя, чувствительное  на отказ обмотки статора. Например, на межфазное замыкание или короткое замыкание на землю.

Предпочтительно реле контроля межфазного замыкания питать от положительной фазы, а для защиты от замыканий на землю использовать дифференциальное реле мгновенной отсечки, подключенное в цепь контура трансформатора тока.

Непредусмотренный реверс фазы линии питания

В некоторых случаях реверс фазы видится опасным явлением для мотора. Например, такое состояние может негативно отражаться на работе лифтового оборудования, кранов, подъемников, некоторых видов общественного транспорта.

Здесь обязательно следует предусматривать защиту от реверса фаз – специализированное реле. Работа реле реверса фазы основана на электромагнитном принципе. Прибор содержит дисковый двигатель, приводимый в движение магнитной системой.

ЗАЩИТНЫЙ

Схема реле реверса фазыПлата и схема устройства реверса фазы: 1 — автоматический выключатель или плавкая вставка; 2 — защита от перегрузки; 3 — фаза текущая; 4 — реверс фазы; 5 — электродвигатель

Если отмечается правильная последовательность фаз, диск формирует крутящий момент в положительном направлении. Следовательно, вспомогательный контакт удерживается в закрытом положении.

Когда фиксируется реверс фазы, крутящий момент диска изменяется на противоположное направление. Следовательно, вспомогательный контакт переключается в открытое положение.

Эта система коммутации используется для защиты, в частности – для управления автоматическим выключателем.

Традиционная защита асинхронных двигателей

Схема защиты трехфазных асинхронных двигателей небольшой мощности показана на рисунке ниже. Магнитный контактный пускатель содержит группу кнопок пуска и останова, связанных соответствующими вспомогательными контактами, защитными устройствами перегрузки или недогрузки.

Стартовая кнопка (КН1) представляет собой обычный прямой контактный переключатель, который обычно удерживается в нормально открытом состоянии усилием пружины. В свою очередь кнопка останова (КН2) удерживается в состоянии нормально закрытом также посредством пружины.

Стоит нажать кнопку пуска (замкнуть линию), рабочая катушка контактора получает питание через контакты (ВК) реле перегрузки (Р1-Р3). Образованное магнитное поле катушки притягивает металлический сердечник контактора.

В результате замыкаются три главных контакта (К1-К3) магнитного пускателя, через которые электродвигатель (М) соединяется с трёхфазным источником питания.

ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Схема защиты электродвигателяСхема пуска, останова и аварийной блокировки: П1, П2, П3 — плавкие предохранители; Р1, Р2, Р3 — токовые реле; ВК — контакты блокировки; КП — катушка пускателя; К1, К2, К3 — контакторы пускателя; КН1 — кнопка пуска; КН2 — кнопка останова; М- мотор

Пока кнопка «пуск» (КН1) замкнута, цепь питания проходит через контакты кнопки «стоп» (КН2) и катушку магнитного пускателя (КП). Между тем, цепь питания катушки индуктивности теперь уже поддерживается иной схемой.

Поддержка осуществляется вспомогательными контактами (ВК) реле с токовым управлением (Р1-Р3), поэтому возврат кнопки «пуск» в исходное положение ситуацию не изменит. Контактор останется замкнутым, а двигатель в работе.

Как работает функционал защиты электрических моторов?

Обычно двигатели мощностью до 20 кВт рассматриваются как маломощные аппараты. Максимум защиты таких моторов обеспечивается:

  • предохранителями с высокой отключающей способностью,
  • биметаллическими реле и
  • реле напряжения.

Все эти элементы защиты собраны, как правило, в структуре магнитного пускателя.

Чаще всего выгорание линейных предохранителей защиты двигателя отмечается на одной фазе. Этот обрыв может оставаться не обнаруженным, даже если двигатель защищён обычным биметаллическим реле.

КОММУТАТОР

Защитный предохранитель для электродвигателяСтруктура предохранителя: 1 — торцевая крышка; 2 — кремнезём; 3 — фарфоровый корпус; 4 — выступ крепежа; 5 — предохраняющий элемент; 6 — оловянный сплав; 7 — конструкция управления дугой

Обнаружение обрыва фазы зачастую не дают и реле напряжения, подключенные на каждой линии. Несмотря на обрыв одной фазы, схемой обмоток электродвигателя поддерживается значительная обратная ЭДС на клемме фазы, находящейся в обрыве.

Поэтому уровень напряжения на реле остаётся достаточно высоким, что не приводит к срабатыванию. Однако сложности обнаружения подобных дефектов вполне преодолимы.

Достаточно использовать дополнительный набор из трех реле, управляемых по току. Подключение наглядно демонстрирует схема защиты двигателя, показанная выше.

Защитные функции токовых реле

Управляемые током реле — устройства простые, но обладающие эффектом мгновенной отсечки. Конструктивно прибор состоит из следующих деталей:

  • катушка тока;
  • один или несколько нормально разомкнутых контактов.

Механизм движения контактов управляются ЭДС катушки тока. Традиционно токовые реле подключаются на каждой фазе последовательно с плавкими защитными предохранителями.

Когда срабатывает магнитный пускатель, электродвигатель запускается, ток питания течёт через катушку. Магнитодвижущая сила катушки (ЭДС) воздействует на механику и замыкает контакты реле. Цепь питания мотора замыкается.

ПУСКАТЕЛЬ

Элементы реле управляемого токомБлокиратор токовой перегрузки: 1 — электрические коннекторы; 2 — индикатор отключения; 3 — тест; 4 — клеммы для проводников двигателя; 5 — сигнальный контакт; 6 — кнопка сброса; 7 — селектор «авто» или «ручной»; 8 — кнопка останова; 9 — шкала установки тока; 10 — механическая защёлка

Если, вдруг, случится обрыв фазы питающей цепи мотора, ток катушки индуктивности снижается, контакты соответствующего реле переключаются в нормально-открытое положение. Учитывая, что контакты всех трёх защитных реле соединяются последовательно, цепь питания мотора разомкнётся.

Защитные функции тепловых реле электрических двигателей

Все классические конструкции моторов предполагают использование опорных и упорных подшипников. В зависимости от мощности электродвигателей, может устанавливаться тот или иной вид подшипников, либо оба вида вместе.

Неисправность подшипника любого вида нередко приводит к полной остановке вращения ротора. Внезапное механическое заклинивание, в свою очередь, провоцирует резкий подъём тока статорной обмотки электродвигателя с последующим перегревом.

 

Здесь токовая защита не способна удовлетворительно реагировать на событие. Как правило, этот вид защиты настроен с учётом стартового тока двигателя и короткой временной составляющей. Проблема клина может быть решена только путём внедрения защиты от тепловой перегрузки.

Также защиту в данном случае допустимо обеспечить индивидуальным модулем, настроенным на определенное время срабатывания по току. В случае применения тепловой отсечки, разумно ставить датчик температуры, встроенный непосредственно в подшипниковый узел.

Теоретический минимум по защите электродвигателей на видео


ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ


Электрика » Электрооборудование » Электродвигатели » Защита

Автоматическая защита электродвигателей

Привод исполнительных механизмов различных технологических процессов, как правило, осуществляется от электродвигателей.

Двигатель относится к основным компонентам электропривода, в наибольшей степени подвергающимся в процессе эксплуатации воздействию неблагоприятных факторов различного характера.

Причины вероятных отклонений от нормального режима работы электродвигателя можно разделить на три основные группы:

  • проблемы в исполнительных механизмах, вызывающие торможение и перегрузку приводного электродвигателя;
  • нарушение качества электроэнергии, питающей электродвигатель;
  • дефекты, возникающие внутри самого двигателя.

Для обеспечения надёжной эксплуатации, электродвигатель должен быть оборудован автоматическими защитами в необходимом объёме, реагирующими на опасные отклонения рабочих параметров и перегрузки по любой причине из перечисленных групп и действующими на отключение выключателя.

Минимальный объём автоматических устройств защиты электродвигателей определяется правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Электрические двигатели различаются по номинальной мощности, напряжению питания, роду потребляемого тока, а также конструктивными особенностями.

В соответствии с этими различиями, а также исходя из условий работы, для каждой модели электрической машины производится выбор автоматической защиты электродвигателя. Различные виды автоматических устройств действуют как на отключение выключателя, так и на включение предупредительной сигнализации.

По роду потребляемого тока электродвигатели делятся на:

В быту и производстве распространены двигатели переменного тока, которые бывают асинхронными и синхронными.

По уровню номинального напряжения электрические машины переменного тока делятся на две основные группы:

  • низковольтные, питающиеся напряжением до 1000 В;
  • высоковольтные, рассчитанные на работу в сетях выше 1000 В.

Наиболее массовое распространение имеют асинхронные машины с номинальным напряжением 0,4 кВ.

Защищаются они посредством автоматического выключателя, имеющего электромагнитный и тепловой расцепители от короткого замыкания и перегрузки.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАЩИТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДО 1000 В

Токовая отсечка.

Из всех аварийных режимов наиболее опасным является междуфазное короткое замыкание. Данный вид повреждения требует немедленного отключения асинхронного двигателя выключателем от питающей сети.

В соответствии с действующими правилами, асинхронные двигатели до 1000 В должны защищаться от коротких замыканий плавкими предохранителями или электромагнитными и тепловыми расцепителями автоматических выключателей.

Как обычно, правила отстают от фактических реалий. На вновь вводимых объектах асинхронные электрические машины комплектуются выносными многофункциональными блоками автоматической релейной защиты электродвигателя на базе микроконтроллеров, воздействующими на отключение выключателя.

Основной сути это не меняет. Автоматические защитные устройства от междуфазных коротких замыканий реагируют на сверхтоки и не имеют выдержки времени отключения выключателя. Такие устройства по-прежнему называют токовыми отсечками, защитные реле срабатывают при КЗ в обмотке статора либо на выводах асинхронного двигателя.

Контроль протекающего электротока осуществляется посредством традиционных токовых преобразователей – трансформаторов тока (ТТ) или более современных датчиков электротока.

Зоной действия защищающего устройства является участок электросети, расположенный после ТТ или датчика. Обычно кроме самого асинхронного двигателя в защищаемой зоне находится и питающий кабель.

Параметры срабатывания токовой отсечки должны быть надёжно отстроены от пусковых токов. С другой стороны, автоматическое защитное устройство должно обладать достаточной чувствительностью при межвитковых замыканиях в любой части обмотки статора асинхронной машины.

Перегрузка.

Данный вид ненормального режима возникает при неисправностях или перегрузке исполнительного механизма. Перегрузка двигателя также может происходить по причине его недостаточной мощности. Режим перегрузки характеризуется повышенным уровнем токового потребления с относительно небольшой кратностью по сравнению с номинальным значением.

Токовая уставка автоматической защиты электродвигателя от перегрузки меньше значения пусковых токовых параметров, поэтому должна быть осуществлена отстройка от режима запуска путём искусственной задержки времени срабатывания и отключения автоматического выключателя.

Защищённость электромашины от перегрузки может быть реализована с применением следующих устройств:

  • теплового расцепителя автоматического выключателя защиты электродвигателя;
  • выносного защитного комплекта с токовым реле и реле времени, воздействующего на отключение выключателя при перегрузке;
  • блока комплексной защитной автоматики двигателя на микроконтроллере, при срабатывании воздействующего на расцепитель выключателя.

В случае применения автоматического выключателя требуется просто подобрать подходящий по номинальному току и характеристике автомат. Тепловой расцепитель выключателя защиты электродвигателя обеспечивает интегральную зависимость времени отключения выключателя от величины токовой перегрузки.

Защитный автоматический релейный комплект с выносными электромагнитными реле настраивается на фиксированные ток и время срабатывания защиты.

В этом варианте, в отличие от теплового расцепителя, токовые и временные параметры между собой не связаны. Выходные реле выносных комплектов релейной защиты должны воздействовать на независимый (не тепловой) расцепитель автоматического выключателя.

ЗАЩИТА ОТ НЕПОЛНОФАЗНОГО РЕЖИМА

Этот вид автоматического защитного устройства не предписан ПУЭ как обязательный, хотя является весьма желательным. При работе трёхфазного электродвигателя на двух фазах происходит постепенный перегрев обмоток, приводящий к разрушению изоляции обмоточного провода.

Возникнуть такой режим может, например, при потере контакта в одной из фаз выключателя.

Самое плохое в этой ситуации то, что потребляемый ток при этом может быть сравним с номинальной величиной, то есть токовые защиты электродвигателя, в том числе расцепители теплового типа, защищающие от перегрузки на этот режим могут не среагировать.

Некоторые модели электрических машин содержат встроенные (температурные) датчики обмотки.

Такие модификации электрических машин можно оснастить специальным устройством защиты электродвигателя, осуществляющие контроль теплового состояния электромашины.

Тепловые защитные устройства способны помочь и в случае перегрева при работе на двух фазах.

ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВЫШЕ 1000 ВОЛЬТ

Защищённость высоковольтных электрических машин обеспечивается только выносными релейными устройствами. Тепловой и электромагнитный расцепители являются прерогативой низковольтных устройств.

Принцип действия и расчёт уставок токовой отсечки и защиты от перегрузки такой же, как для низковольтных машин. Но кроме этого существуют специфические защитные устройства, не применяемые на низких напряжениях.

Защита от однофазных замыканий на землю.

Особенностью сетей высокого напряжения (6 – 10 кВ) является работа в режиме изолированной нейтрали. В таких сетях величина Iз замыкания на землю может составлять всего единицы ампер, что находится вне зоны чувствительности максимальных токовых защит от перегрузки.

Однофазные замыкания на землю характеризуются наличием токов нулевой последовательности, протекающих в одном направлении во всех трёх фазах.

Реле земляной защиты электродвигателя (это её название на жаргоне релейщиков) подключается к специальному трансформатору нулевой последовательности, представляющему собой тор (бублик), через который проходит кабель питания.

При этом через тор не должен проходить вывод экранирующей оболочки высоковольтного кабеля, в противном случае имеют место ложные срабатывания устройства с отключением выключателя.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Защита электродвигателя от перегрузки- Часть 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ:

 

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), на двигателях напряжением выше 1000 В должны устанавливаться следующие устройства релейной защиты:

 

  • защита от междуфазных коротких замыканий;
  • защита от замыканий на землю;
  • защита от двойных замыканий на землю;
  • защита от перегрузки.

 

 

Для синхронных двигателей дополнительно требуется защита от асинхронного режима. Применяемые для этой цели виды защиты зависят от мощности электродвигателей:

В качестве защиты от междуфазных КЗ при мощности двигателей до 5000 кВт применяется токовая отсечка. Она может применяться и для двигателей большей мощности, не имеющих фазных выводов со стороны нейтрали двигателя. При двигателях большей мощности, а также если токовая отсечка для двигателей меньшей мощности не удовлетворяет требованиям чувствительности, применяется дифференциальная защита при условии, что эти двигатели имеют выводы со стороны нейтрали.

 

В качестве защиты от замыканий на землю при токах замыкания более 5 Ампер для двигателей мощностью более 2000 кВт, и 10 А для двигателей меньшей мощности, применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. На линиях, питающих двигатели передвижных механизмов, защита от замыканий на землю, по соображениям электробезопасности, должна действовать на отключение независимо от величины тока замыкания на землю. На блоках трансформатор– двигатель защита от замыканий на землю действует на сигнал. Указанная защита входит в состав всех перечисленных ниже устройств.

 

В качестве защиты от двойных замыканий на землю применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. Она применяется в тех случаях, когда защита от замыканий на землю имеет выдержку времени. Ее применение обязательно, если защита от междуфазных КЗ выполняется в двух фазах.

 

Защита от перегрузки требуется для двигателей, подверженных перегрузке по технологическим причинам, или с особо тяжелыми условиями пуска. Защиту от перегрузки согласно нормам Республики Беларусь, можно выполнять с зависимой или независимой выдержкой времени. Защита от перегрузки может действовать на разгрузку механизма по технологическим цепям или сигнал: – 1-я ступень и на отключение – 2-я ступень. Выдержка времени защиты от перегрузки при токе, равном пусковому току двигателя, выполняется большей времени его пуска. Как правило, при таком выполнении защиты двигателя имеется значительный тепловой запас – обычные двигатели по температуре выдерживают не менее двух пусков подряд. Это дает возможность выполнить действие такой защиты от перегрузки на разгрузку механизма.

Таким образом, согласно ПУЭ, на двигателях мощностью менее 5000 кВт можно иметь токовую отсечку, токовую защиту от замыканий на землю, защиту от перегрузки. Такие защиты можно выполнять на тепловых реле. Существуют специальные защиты от перегрузки с зависимой характеристикой, совпадающей с тепловой, которая определяет тепловое состояние двигателя и позволяет полнее использовать его перегрузочную способность. Параметры этой характеристики зависят от данных самого электродвигателя: системы охлаждения, допустимой температуры для изоляции двигателя, исходной температуры двигателя или помещения. Все эти данные учитывают специальные защиты двигателей. Поэтому, защиты от перегрузки такого типа имеют обычно 2 ступени: ступень с меньшей выдержкой времени действует на разгрузку, с большей – на отключение. В большинстве случаев применяемые у нас защиты имеют одну установку с зависимой или независимой выдержкой времени. Согласно ПУЭ защита от перегрузки должна действовать на сигнал, разгрузку механизмы и, лишь в крайнем случае, на отключение. В такой ситуации не требуется значительная выдержка времени, требуется отстроится только от времени самостоятельного запуска электродвигателя.

 

Режим асинхронного хода сопровождается перегрузкой двигателя, и на него реагируют защиты от перегрузки. Поэтому часто защита от перегрузки выполняет одновременно функцию защиты от асинхронного режима. Простые токовые защиты могут срабатывать и возвращаться при колебаниях тока. Поэтому защиты от перегрузки в асинхронном режиме должны накапливать выдержку времени. Такой принцип должен быть заложен в защиту от перегрузки. Так, как и ранее, можно использовать две ступени защиты от перегрузки: ступень с меньшей выдержкой времени действует на ресинхронизацию, с большей на отключение. Поскольку в этом случае невозможно различить режим перегрузки и асинхронный режим, нельзя обеспечить автоматическую ресинхронизацию. При наличии дежурного персонала на объекте, он может это выявить визуально при срабатывании 1-й сигнальной ступени. Специальные защиты от потери возбуждения имеются в устройствах возбуждения крупных двигателей. Эти устройства целесообразно использовать для автоматической ресинхронизации.

Для двигателей, работающих в блоке с понижающим трансформатором, может быть выполнена общая защита, если она удовлетворяет требованиям к защите как двигателя, так и трансформатора.

Для облегчения условий самостоятельного запуска, а также для предотвращения подачи несинхронного напряжения на возбужденные синхронные двигатели или заторможенные механизмы, двигатели должны быть оборудованы защитой минимального напряжения. Эта защита может быть либо индивидуальной, либо групповой. В ряде случаев для ускорения подачи напряжения на шины, или предотвращения подачи напряжения на двигатели автоматикой внешней сети, синхронные двигатели могут быть дополнительно оборудованы защитой по понижению частоты, так как они способны длительно поддерживать напряжение в сети. Следовательно, при использовании такого реле для защиты двигателя нет необходимости в применении с этой целью специальных реле напряжения.

 

Кроме перечисленных обязательных для двигателей функций защиты, специальные защиты для двигателей имеют дополнительные функции, использование которых улучшает условия эксплуатации двигателя, тем самым снижая вероятность повреждения и продлевая срок его службы. К ним относятся:

 

 

  • защита от обрыва фазы;
  • ограничение количества пусков;
  • запрет пуска по времени прошедшего от предыдущего пуска;
  • защита минимального тока или мощности;
  • защита от заклинивания или затормаживания ротора.

 

 

Специальные устройства защиты двигателей могут работать не только с током и напряжением, но и с датчиками температуры. У двигателей большой мощности существуют также технологические защиты, которые могут действовать на отключение двигателей при: повышении температуры двигателя, его подшипников, прекращении смазки подшипников, циркуляции воздуха в системе охлаждения. Необходимость этих защит и предъявляемые к ним требования излагаются в заводской документации. Эти защиты подаются на дискретные входы устройства защиты.

 

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Вращающий момент электродвигателей и момент сопротивления механизма

Нормальный установившийся режим работы электродвигателя характеризуется равенством электромагнитного момента Мд, развиваемого электродвигателем, и механического момента сопротивления Мс  механизма, приводимого в действие электродвигателем: Mд Мс

Если Mд M, то электродвигатель будет тормозиться, а если      Mд M, то частота вращения электродвигателя будет увеличиваться. При неизменном напряжении питающей сети момент, развиваемый асинхронным электродвигателем, зависит от частоты вращения или, что то же самое, скольжения s.  В нормальных условиях равенство Mд Мс имеет место при = 0,02–0,05. Максимальный момент электродвигателя Mд max равен приблизительно двукратному номинальному моменту: Mдmax Mдном = 2  Частота вращения nк и скольжение SK, соответствующие максимальному моменту, называются критическими.


image

Рис. 9.1

Зависимость момента вращения асинхронных электродвигателей и моментов сопротивления

механизмов от частоты вращения.

 

Пусковой момент Мд пуск, соответствующий частоте вращения n = или скольжению s = 1, в зависимости от конструкции электродвигателя имеет разные значения (кривые 1, 2, 3, рис. 9.1). Характеристики моментов сопротивления механизмов, которые приводятся в действие электродвигателями, в зависимости от их частоты вращения, могут быть зависящими от частоты вращения (кривая 5) и не зависящими от нее (кривая 4, рис. 9.1). Момент сопротивления, не зависящий от частоты вращения, имеют, например, шаровые мельницы в системе пылеприготовления электростанции. Момент сопротивления, резко зависящий от частоты вращения, имеют все центробежные механизмы.

Ток, потребляемый статором электродвигателя из сети, Iд состоит из тока намагничивания Iнам статора и тока ротора, приведенного к обмотке статора Iрот:


image

(Рис. 9.2.) Схема замещения асинхронного электродвигателя от скольжения.  (Рис. 9.3.) Зависимость тока статора и сопротивления


При пуске, т. е. при подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно, максимальное значение имеет и ток статора. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. Начальный пусковой ток равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты вращения, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Из осциллограммы пуска двигателя, представленной на рис. 9.4, видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвигателем, меняется вначале мало, и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя. Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя Iд пуск при неподвижном роторе в 4–8 раз превосходит Iном. Пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:Пуск электродвигателей Это следует из схемы замещения (рис. 9.2). Ток в роторе определяется наведенной в нем ЭДС, которая зависит от скольжения. Токи ротора и статора также меняются с изменением скольжения. Характер зависимости периодической составляющей Iд и сопротивления электродвигателя Zд от скольжения представлен на рис. 9.3. При нормальной работе электродвигателя, когда скольжение составляет 2–5% (близко к нулю), сопротивление ротора очень велико, Iрот мал, мал и ток статора, так как ветвь намагничивания имеет большое сопротивление.

 

Пуск электродвигателей

 

При пуске, т. е. при подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно, максимальное значение имеет и ток статора. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. Начальный пусковой ток равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты вращения, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Из осциллограммы пуска двигателя, представленной на рис. 9.4, видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвигателем, меняется вначале мало, и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя. Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя Iд пуск при неподвижном роторе в 4–8 раз превосходит Iном. Пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:


image

Рис. 9.4 Осциллограмма пускового тока асинхронного электродвигателя. 

Продолжительность затухания периодической составляющей пускового тока до значения номинального тока зависит от параметров электродвигателя и условий пуска. При пуске с нагрузкой развертывание электродвигателя до номинальной скорости происходит медленнее и продолжительность спада тока увеличивается. Это объясняется тем, что ускорение вращения ротора зависит от значения избыточного момента:

Mизб Мд − Мс

(9.5)

 

Если Мд превосходит Мс во все время пуска, то электродвигатель пускается быстро и легко. Как видно из рис. 9.1, электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от частоты вращения моментом сопротивления, пускаются легче, чем электродвигатели, приводящие механизмы с независимым от частоты вращения моментом сопротивления. В последнем случае при недостаточном значении пускового момента электродвигатели могут вообще не развернуться (кривые и 4, рис. 9.1), так как, начиная со скольжения, соответствующего точке аМс превосходит Мд.

 

Электродвигатели с глубоким пазом и двойной обмоткой ротора имеют наиболее благоприятный пусковой момент (кривая 3, рис. 9.1). Длительность пуска электродвигателей tпуск, как правило, не превосходит 10–15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска это значение может быть значительно больше.

При возникновении КЗ в питающей сети вблизи зажимов электродвигателя, последний за счет внутренней ЭДС, поддерживаемой энергией магнитного поля, посылает к месту КЗ быстро затухающий ток. Броски тока КЗ могут достигать значений пусковых токов.

Зависимость момента электродвигателей от напряжения выражается формулой:

 

При КЗ в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого, моменты электродвигателей уменьшаются, и они начинают тормозиться, увеличивая скольжение (кривые 1,

1', 1", рис. 9.5) до тех пор, пока вновь не восстановится равенство Mд Мс . Если при этом окажется, что Mдmax Мс (кривая 1'', точка а на рис. 9.5), то электродвигатель будет находиться на

пределе устойчивой работы и иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки. После отключения КЗ напряжение питания восстанавливается, и дальнейшее поведение электродвигателя будет зависеть от скольжения, имевшего место в момент восстановления напряжения, и соответствующих ему

значений Mд и Мс .


image

Рис. 9.5 Зависимость момента вращения асинхронных электродвигателей от скольжения при различных значениях напряжения.

При Мд > Мс электродвигатель развернется до нормальной частоты вращения, а при Мд < Мс будет продолжать тормозиться до полного останова. В этом случае электродвигатель необходимо отключить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.

Самозапуск электродвигателей тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самозапуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором – без пускового реостата в цепи ротора, что уменьшает пусковой момент и увеличивает пусковой ток и, наконец, пускается большое количество электродвигателей одновременно, что вызывает падение напряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Однако самозапуск электродвигателей проходит сравнительно легко. Так самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанций возможен даже в тех случаях, когда в первый момент после восстановления напряжения значение его составляет 0,55Uном. При этом общее время самозапуска не превышает 30-35 с, что допустимо по их нагреву.

 

В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух, оставшихся в работе фаз перегружаются током в 1,5–2 раза большим номинального. Защита от работы на двух фазах применялась ранее лишь на электродвигателях напряжением до 500 В, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя. В настоящее время в связи с высокой стоимостью двигателей высокого напряжения и высокой вероятностью неполнофазных режимов в питающей сети считается целесообразным, не вводя специальную защиту от режима работы двумя фазами, отключать двигатели защитой от перегрузки, которая имеет подходящие для этой цели уставку (1,1÷1,3)Iном. Токовые органы защиты от перегрузки в этом случае должны включаться не менее чем в 2 фазы трансформаторов тока двигателей.

 

ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

 

Защита от КЗ между фазами является основной РЗ электродвигателей, и установка ее обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт от КЗ, согласно ПУЭ, применяется МТЗ (токовая отсечка). Наиболее просто токовая отсечка выполняется с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. Для работы при всех видах междуфазных КЗ отсечка должна выполняться в двух фазах.

Токовая отсечка должна быть отстроена от пускового тока двигателя. В момент включения двигателя появляется бросок тока намагничивания, в 1,6÷1,8 раза превышающий по амплитуде установившийся пусковой ток двигателя. Это бросок учитывается повышенным коэффициентом надежности при отстройке от пускового тока двигателя.

IСЗ = kн Iпmax

где

IСЗ – первичный ток срабатывания отсечки;

kн – коэффициент надежности, с учетом отстройки от броска тока намагничивания равен 1,8 - для отсечек с временем срабатывания 0,05 с и более, или 2 - при времени срабатывания меньшем 0,05 с;

Iпmax – пусковой ток двигателя в максимальном режиме.

Кратность пускового тока двигателя может быть взята из паспорта двигателя. А пусковой ток равен:

Iпmax kпуск Iном

(9.8)

 

После выбора уставки должна быть проверена чувствительность отсечки по току:

k

(2)

I

СЗ

(9.9)

ч

КЗ min

 

 

 

где

kч – коэффициент чувствительности, он должен быть не менее 2;

IКЗ(2)min – ток двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме.

Если ток срабатывания отсечки отстроен от пускового тока электродвигателя, то она надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем КЗ.

Токовую РЗ электродвигателей мощностью до 2000 кВт ранее выполняли на простой и дешевой однорелейной схеме, включая реле на разность токов двух фаз. Недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с двухрелейной отсечкой, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Ток срабатывания реле отсечки, выполненной по однорелейной

схеме, в  3 раз больше, чем в двухрелейной схеме: при выборе уставки учитывался коэффициент схемы при симметричном пусковом режиме равный kсх = 3 .

IСЗ 3 kн Iпmax

(9.10)

 

Соответственно ниже в 3 раз получалась и чувствительность защиты.

На электродвигателях мощностью 2000-5000 кВт токовую отсечку необходимо выполнять двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки требуется также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя окажется менее двух (kч 2). При использовании реле УЗА-АТ или УЗА-10 отсечка выполняется 2–элементной, независимо от мощности двигателя.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более должна дополнительно устанавливается продольная дифференциальная РЗ, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках (Iсз ≤ Iном). Если токовая отсечка не обладает необходимой чувствительностью, то дифзащита может выполняться и на двигателях меньшей мощности, при условии наличия на двигателе выводов фаз со стороны нейтрали.

Для этого применяются специальные дифференциальные реле, включаемые на комплекты трансформаторов тока, соединенные в неполную звезду на сторонах выводов и нейтрали двигателей. Защита выполняется двухфазной. Могут использоваться реле РНТ-565, ДЗТ-11, или РСТ-15 ЧЭАЗ УЗА-10 ДТ.2 Описание дифференциальных реле приводилось в гл. 8.

Поскольку РЗ в двухфазном исполнении не реагирует на двойное замыкание на землю, одно из которых возникает в обмотке электродвигателя на фазе В, в которой отсутствует ТТ, дополнительно устанавливается специальная РЗ от двойных замыканий на землю, которая выполняется токовым реле, подключенным к ТТНП. Эта функция может выполняться защитой от замыкания на землю, если она не имеет выдержки времени.

 

Защита электродвигателей. Схема защиты асинхронных электродвигателей

Автор Фома Бахтин На чтение 3 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано

При эксплуатации асинхронных электродвигателей, как и любого другого электрооборудования, могут возникнуть неполадки – неисправности, часто приводящие к аварийному режиму работы, повреждению двигателя.  преждевременному выходу его из строя.

Прежде, чем перейти к способам защиты электродвигателей  стоит рассмотреть основные и наиболее частые причины возникновения аварийной работы асинхронных электродвигателей:

  • Однофазные и межфазные короткие замыкания – в кабеле, клеммной коробке электродигателя, в обмотке статора (на корпус, межвитковые замыкания).

Короткие замыкания – наиболее опасный вид неисправности в электродвигателе, т. к. сопровождается возникновением очень больших токов, приводящих к перегреву и сгоранию обмоток статора.

  • Тепловые перегрузки электродвигателя – обычно возникают, когда вращение вала сильно затруднено (выход из строя пошипника, попадание мусора в шнек, запуск двигателя под слишком большой нагрузкой, либо его полная остановка).

    Защита электродвигателей. схема защиты асинхронных электродвигателей

Частой причиной тепловой перегрузки электродвигателя, приводящей к ненормальному режиму работы является пропадание одной из питающих фаз. Это приводит к значительному увеличению тока (в два раза превышающего номинальный) в статорных обмотках двух других  фаз.

Результат тепловой перегрузки электродвигателя – перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящее к замыканию обмоток и негодности электродвигателя.

Защита электродвигателей  от токовых перегрузок заключается в своевременном обесточивании электродвигателя при появлении в его силовой цепи или цепи управления больших токов, т. е. при возникновении коротких замыканий.

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют плавкие вставки, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, подобранные таким образом, чтобы они выдерживали большие пусковые сверхтоки, но незамедлительно срабатывали при возникновении токов короткого замыкания.

Для защиты электродвигателей  от тепловых перегрузок в схему подключения электродвигателя включают тепловое реле, имеющее контакты цепи управления – через них подаётся напряжение на катушку магнитного пускателя.

При возникновении тепловых перегрузок    эти контакты размыкаются, прерывая питание катушки, что приводит к возврату группы силовых контактов в исходное состояние – электродвигатель обесточен.

Простым и надёжным способом  защиты электродвигателя от пропадания фаз будет добавление в схему его подключения дополнительного магнитного пускателя:

Схема защиты электродвигателя от пропадания фаз

Включение автоматического выключателя 1 приводит к замыканию цепи питания катушки магнитного пускателя 2 (рабочее напряжение этой катушки должно быть ~380 в) и замыканию силовых контактов 3 этого пускателя, через который (используется только один контакт) подаётся питание катушки магнитного пускателя 4.

Включением кнопки «Пуск» 6 через кнопку «Стоп» 8 замыкается цепь питания катушки 4 второго магнитного пускателя (её рабочее напряжение может быть как 380 так и 220 в), замыкаются его силовые контакты 5 и на двигатель подаётся напряжение.

При отпускании кнопки «Пуск» 6 напряжение с силовых контактов 3 пойдет через нормально разомкнутый блок-контакт 7, обеспечивая неразрывность цепи питания катушки магнитного пускателя.

Как видно из этой схемы защиты электродвигателя, при отсутствии по каким-то причинам одной из фаз напряжение на электродвигатель поступать не будет, что предотвратит его от тепловых перегрузок и преждевременный выход из строя.

Плавный пуск электродвигателей


Будни электрика. Защита трехфазного двигателя.


Защита двигателя от перегрузки


принцип действия, особенности и виды

Защита электродвигателя от перегрузки на сегодняшний день является одной из основных задач, которую нужно решить, чтобы успешно эксплуатировать это устройство. Такие типы двигателей используются достаточно широко, а потому было изобретено и множество способов оградить их от различных негативных эффектов.

Уровни защиты

Существует большое разнообразие устройств для защиты данного оборудования, однако, все их можно разделить на уровни.

  • Внешний уровень защиты от короткого замыкания. Чаще всего здесь используется различного типа реле. Данные приборы и уровень защиты находятся на официальном уровне. Другими словами, это обязательный предмет защиты, который должен быть установлен, согласно правилам безопасности на территории РФ.
  • Реле защиты электродвигателя от перегрузок поможет избежать разнообразных критических повреждений в процессе работы, а также возможных повреждений. Эти приборы также принадлежат к внешнему уровню защиты.
  • Внутренний слой защиты предотвращает возможный перегрев деталей двигателя. Для этого иногда используются внешние выключатели, а иногда реле перегрузки.
средства защиты для двигателя

Причины сбоев оборудования

На сегодняшний день существует большое разнообразие проблем, из-за которых может быть нарушена работоспособность электрического двигателя, если он не будет оборудован приборами для защиты.

  1. Низкий уровень электрического напряжения или же, наоборот, слишком высокий уровень подачи могут стать причиной выхода из строя.
  2. Возможна поломка вследствие того, что слишком быстро и часто будет изменяться частота подачи тока.
  3. Неверная установка агрегата или же его элементов также может быть опасна.
  4. Повышение температуры до критического значения или выше.
  5. Слишком слабое охлаждение тоже приводит к поломкам.
  6. Сильно негативно сказывается повышенная температура окружающей среды.
  7. Немногие знают, то пониженное давление или же установка двигателя намного выше уровня моря, что вызывает пониженное давление, также имеют негативное влияние.
  8. Естественно, что необходима защита электродвигателя от перегрузок, которые могут возникать, из-за сбоев в электросети.
  9. Частое включение и выключение прибора - это негативный дефект, который также нуждается в устранении при помощи приборов защиты.
Предохранительный блок

Плавкие предохранители

Полное название средства защиты - плавкий предохранительный выключатель. В данном устройстве объединяется и автоматический выключатель и плавкий предохранитель, которые расположены в одном корпусе. При помощи выключателя можно также размыкать или замыкать цепь вручную. Плавкий же предохранитель - это защита электродвигателя от перегрузки по току.

Стоит отметить, что конструкция аварийного выключателя предусматривает наличие специального кожуха, который защищает персонал от случайного контакта с клеммами устройства, а также сами контакты от окисления.

Что касается плавкого предохранителя, то это приспособление должно быть способно отличать перегрузку по току от возникновения в цепи короткого замыкания. Это очень важно, так как кратковременная перегрузка по току вполне допускается. Однако, токовая защита электродвигателя от перегрузки должна сработать немедленно, если этот параметр будет продолжать расти.

средство защиты электродвигателя

Предохранители от КЗ

Существует разновидность плавкого предохранителя, которая предназначена для защиты агрегата от короткого замыкания (КЗ). Однако, здесь стоит отметить, что плавкий предохранитель быстрого срабатывания может выйти из строя, если при запуске аппарата будет происходить кратковременная перегрузка, то есть увеличение пускового тока. По этой причине такие приборы обычно используются в тех сетях, где такой скачок невозможен. Что касается самого средства защиты электродвигателя от перегрузки, то предохранитель быстрого срабатывания может выдержать ток, который будет превышать его номинальный на 500%, если перепад длится не более четверти секунды.

реле защиты двигателя

Предохранители с задержкой

Развитие технологий привело к тому, что удалось создать прибор для защиты и от перегрузки, и от короткого замыкания одновременно. Таким средством стал плавкий предохранитель с задержкой срабатывания. Особенность заключается в том, что он способен выдерживать 5-кратное увеличение тока, если оно длится не более 10 секунд. Возможно даже более сильное увеличение параметра, но на более короткий срок, прежде чем предохранитель сработает. Однако, чаще всего интервала в 10 секунд хватает и для запуска двигателя, и для того, чтобы предохранитель не сработал. Защита однофазного электродвигателя от перегрузок, от КЗ, а также другого типа электродвигателя таким прибором считается одной из наиболее надежных.

Здесь также стоит отметить, как определяется время срабатывания этого устройства защиты. Время срабатывания именно плавкого предохранителя - это отрезок, за который плавится его плавкий элемент (проволока). Когда проволока полностью расплавляется, цепь размыкается. Если говорить о зависимости времени отключения от перегрузки именно для таких типов средств защиты, то они обратно пропорциональны. Другими словами, токовая защита электродвигателя от перегрузок работает так - чем выше сила тока, тем быстрее плавится проволока, а значит сокращается время разъединения цепи.

прибор для защиты однофазного двигателя

Магнитные и тепловые приборы

На сегодняшний день автоматические приборы теплового типа считаются наиболее надежными и экономичными приборами для защиты электродвигателя от тепловых перегрузок. Эти устройства также способны выдерживать большие амплитуды тока, которые могут возникнуть во время пуска прибора. Кроме того, тепловые предохранители защищают от таких неполадок как блокировка ротора, к примеру.

Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки может осуществляться при помощи магнитных выключателей автоматического типа. Они отличаются высокой надежностью, точностью и экономичностью. Его особенность заключается в том, что на предел его срабатывания по температуре не влияет изменение температуры окружающей среды, что в некоторых условиях работы очень важно. Также они отличаются от тепловых тем, у них более точно определено время срабатывания.

подключение защиты

Реле перегрузки

Функции данного устройства достаточно просты, однако, и довольно важны.

  1. Такой прибор способен выдержать кратковременный перепад по току во время запуска двигателя без разрыва цепи, что наиболее важно.
  2. Размыкание цепи происходит в том случае, если ток увеличивается до того значения, когда возникает угроза поломки защищаемого прибора.
  3. После того как перегрузка будет устранена, реле может вернуться в исходное положение автоматически или же может быть возвращено вручную.

Стоит отметить, что токовая защита электродвигателя от перегрузок при помощи реле осуществляется в соответствии с характеристикой срабатывания. Другими словами - в зависимости от класса прибора. Наиболее распространенными являются классы 10, 20 и 30. Первая группа - это реле, которые срабатывают в случае наличия перегрузки, в течение 10 секунд и, если числовое значение тока превышает 600% от номинального. Вторая группа срабатывает спустя 20 секунд и менее, третья, соответственно, спустя 30 секунд и менее.

приборы для защиты трехфазного двигателя

Плавкие средства защиты и реле

В настоящее время довольно часто сочетают два средства защиты - плавкие предохранители и реле. Такая комбинация работает следующим образом. Плавкий предохранитель должен защищать двигатель от короткого замыкания, а потому у него должна быть достаточно большая емкость. Из-за этого он не может защитить устройство от более низких, но все же опасных токов. Именно для устранения этого недостатка в систему вводятся реле, которые реагируют на более слабые, но все же опасные колебания тока. Наиболее важно в данном случае настроить плавкий предохранитель таким образом, чтобы он сработал раньше, чем возникнут повреждения какого-либо элемента.

Наружные средства защиты

В настоящее время довольно часто используются усовершенствованные системы наружной защиты электродвигателя. Они могут защитить прибор от перенапряжения, перекоса фаз, способны устранять вибрации или же ограничивать число включений и выключений. К тому же у таких средств имеется встроенный тепловой датчик, который помогает контролировать температуру подшипников, статора. Еще одна особенность такого прибора в том, что он способен воспринимать и обрабатывать цифровой сигнал, который создает температурный датчик.

Основное предназначение наружных средств защиты - это сохранение работоспособности трехфазных двигателей. Помимо того, что такое оборудование способно защитить двигатель во время сбоя в электрической сети, оно также обладает еще несколькими преимуществами.

  • Наружное устройство может сформировать и подать сигнал о неисправности еще до того, как она нарушит работоспособность машины.
  • Проводит диагностику тех проблем, которые уже возникли.
  • Дает возможность провести проверку реле во время технического обслуживания.

Исходя из всего вышесказанного, можно утверждать, что устройств для защиты электродвигателя от перегрузки существует большое разнообразие. Кроме того, каждое из них способно защитить прибор от определенных негативных воздействий, а потому целесообразно их комбинировать.

Защита двигателя в зависимости от размера и уровня напряжения

Защита двигателя

Защиты двигателя широко варьируются в зависимости от размера двигателя и уровня напряжения, поэтому в данной технической статье рассматриваются только более общие.

Motor protection depending on size and voltage level Motor protection depending on size and voltage level Защита двигателя в зависимости от размера и уровня напряжения (на фото 3-фазный асинхронный двигатель LeroySomer P280 S-8, 55 кВт)

Указатель

  1. Защита двигателя от мгновенной перегрузки по току
  2. Моторная защита от перегрузки по току
  3. Тепловая загрузка
  4. Защита от замыкания на землю двигателя
  5. Защита от срыва двигателя
  6. Защита двигателя от избыточного флюса

1.Мгновенная защита от перегрузки по току двигателя

Мгновенный избыточный ток обычно является результатом условий отказа (фаза-фаза, фаза-земля), в которых ток будет значительно превышать нормальные значения. Повреждение из-за перегрева обмотки и повреждения при горении, связанные с большими токами повреждения, могут возникнуть без такой защиты.

Эти типы неисправностей могут быть быстро обнаружены с помощью схемы дифференциальной защиты с использованием ТТ Core Balance, что будет обсуждено позже и устранено до получения серьезных повреждений.В этих ситуациях быстродействующие электромагнитные реле будут использоваться для отключения пораженного двигателя.

Индекс Top

2. Моторная защита от перегрузки по току

Непрерывная работа электродвигателя при токах, незначительно превышающих его номинальное значение, может привести к тепловому повреждению двигателя .

Изоляция может ухудшиться, что приведет к сокращению срока службы двигателя из-за возможных внутренних неисправностей двигателя. Как правило, электродвигатель имеет номинальный коэффициент обслуживания, указанный на его паспортной табличке.Это число представляет собой непрерывный допустимый предел нагрузки, который может поддерживаться без повреждения двигателя. Например, типичный электродвигатель спроектирован так, чтобы выдерживать постоянную перегрузку около 15% без повреждения и имеет коэффициент обслуживания = 115%.

Продолжительная работа при или выше этого значения приведет к тепловому повреждению. Для защиты от повреждения двигателя мы стараемся, чтобы это условие не было выполнено, поэтому мы должны отключить двигатель до того, как будет достигнут предел перегрузки (коэффициент обслуживания).

Реле, наиболее часто используемое для этой цели, является индукционным дисковым реле. В этом реле ( , рисунок 1 ) ток в двух катушках создает противоположные магнитные потоки, которые создают крутящий момент на диске. По мере увеличения тока двигателя крутящий момент на диске увеличивается.

Когда крутящий момент превышает крутящий момент пружины, диск начинает вращаться. Когда движущийся контакт встречает неподвижный контакт на диске, отключение сработает.

Induction Disc Relay Induction Disc Relay Рисунок 1 - Реле индукционного диска

Настройки крана и временные характеристики могут быть выполнены для изменения задержки реле.Основное преимущество индукционного диска по времени перед реле тока заключается в том, что скорость вращения пропорциональна току двигателя .

Следовательно, из-за значительных перегрузок по току выключатель питания будет срабатывать практически мгновенно, а токи, превышающие номинальную нагрузку, приведут в действие через несколько секунд (или минут).

Индекс Top


3. Тепловая загрузка

Другим распространенным типом реле, используемым для временной защиты от перегрузки, является тепловое реле перегрузки .В этом типе реле ток двигателя или часть тока через трансформатор тока подключается к встроенному нагревателю. Рисунок 2 показывает упрощенное тепловое реле перегрузки. Нагреватель ( с подогревом I 2 R action ) используется для нагрева биметаллической полосы, что вызывает смещение контакта реле. Биметаллическая полоса состоит из двух различных материалов, соединенных вместе, каждый из которых имеет различные свойства теплового расширения.

По мере нагрева материалов одна сторона будет удлиняться больше, чем другая, вызывая изгиб.

Нормальные рабочие токи или кратковременные условия перегрузки не приведут к тому, что биметаллический элемент изогнется настолько, чтобы изменить положение контактов реле.

Чрезмерные токи вызовут повышенный нагрев биметаллической полосы, что приведет к размыканию и / или замыканию контактов реле, что приведет к отключению двигателя.

Thermal Overload Relay Thermal Overload Relay Рисунок 2 - Тепловое реле перегрузки

Реле тепловой перегрузки имеет время реакции, так как нагревателю и биметаллическому элементу требуется время для нагрева.Необходимо соблюдать осторожность, чтобы соответствовать текущим характеристикам нагрева двигателя, иначе двигатель может быть поврежден в условиях запуска заблокированного ротора.

Реле этого типа можно использовать для прямой защиты от чрезмерного тока двигателя , вызванного электрическими неисправностями и перегрузками двигателя. Кроме того, он часто используется в сочетании с защитой от перегрузки по времени.

Тепловые реле перегрузки, использующие встроенные нагреватели и биметаллические полосы, обеспечивают сигнализацию в случае продолжительной перегрузки.Это дает оператору возможность исправить проблему до того, как она достигнет величины уровня отключения.

Как мы уже говорили, тепловые отключения при перегрузке могут происходить при повторных пусках двигателя или при перегрузке двигателя. Отключение при тепловой перегрузке запечатывается, чтобы предотвратить замыкание контактора двигателя. Эта блокировка потребует ручного сброса, прежде чем двигатель можно будет снова запустить. Оператору или сопровождающему лицу необходимо физически подтвердить, что у двигателя было достаточно времени для охлаждения и что причина перегрузки устранена.Если оператор уверен, что в двигателе нет постоянной неисправности, реле можно сбросить.

Обратите внимание, однако, что если произошло мгновенное отключение из-за превышения тока, не следует пытаться замкнуть контактор двигателя. Мгновенное отключение произойдет только в случае неисправности двигателя или кабеля питания, и это необходимо исправить перед любой попыткой сброса реле.

Индекс Top

4. Защита двигателя от замыкания на землю

При обнаружении замыканий на землю , как и при обнаружении мгновенных перегрузок по току, чрезвычайно важно, чтобы неисправность была обнаружена и устранена быстро, чтобы предотвратить повреждение оборудования.Изоляция, поврежденная из-за нагрева (из-за длительной перегрузки), хрупкости изоляции (из-за старения), мокрой изоляции или механически поврежденной изоляции, может стать причиной замыкания на землю.

Схемы защиты от замыкания на землю используют дифференциальную защиту для обнаружения и устранения неисправности оборудования. Для двигателей распространенным методом является использование сердечника CT-Balance, как показано в Рисунок 3 . Выход CT-баланса сердечника будет разницей или дисбалансом тока между тремя фазами.

Если отсутствует замыкание на землю, дисбаланс тока отсутствует; следовательно, ток не будет течь в цепи защиты.

Three Phase Ground Fault Protection Three Phase Ground Fault Protection Рисунок 3 - Трехфазная защита от замыкания на землю

При возникновении замыкания на землю, возникает дисбаланс тока и ток протекает в цепи защиты, заставляя его работать, чтобы отключить выключатель питания.

На рисунке 4 показана аналогичная схема защиты, при которой каждая из обмоток двигателя защищена индивидуально ( эта схема обычно не устанавливается на маленькие двигатели, но может появляться при защите очень больших двигателей ).

Single Phase Ground Fault Protection Single Phase Ground Fault Protection Рисунок 4 - Защита от замыкания на землю при однофазном замыкании на землю Индекс Top


5. Защита двигателя от срыва

Остановка или блокировка ротора, это ситуация, в которой цепи двигателя находятся под напряжением, но ротор не вращается . Двигатели особенно подвержены перегреву во время пусков из-за высоких токов в сочетании с низкими потоками охлаждающего воздуха (из-за низкой скорости двигателя охлаждающие вентиляторы подают только небольшое количество воздуха).

По этой же причине некоторые более крупные двигатели имеют ограничение на количество попыток запуска двигателя, прежде чем потребуется период охлаждения. Тем не менее, при нормальном режиме работы возможны задержки. Например, механические неисправности, такие как заклинивший подшипник, тяжелая нагрузка или какой-либо посторонний предмет, попавший в насос, могут быть возможными причинами остановки двигателя.

Потеря одной фазы, когда двигатель не вращается или не находится под высокой нагрузкой, является другой ситуацией, в которой двигатель может заглохнуть .

Типичное время запуска двигателя составляет менее десяти секунд. Пока это время пуска не превышено, двигатель не будет поврежден из-за перегрева от высоких токов. Во время работы двигатель обычно может заглохнуть на двадцать секунд или более, не приводя к чрезмерному ухудшению изоляции.

Мы используем реле блокировки для защиты двигателей во время пусков, поскольку стандартное тепловое реле имеет слишком большую задержку по времени. Реле останова позволяет двигателю в течение короткого времени потреблять нормальные пусковые токи (которые в несколько раз превышают нормальный ток нагрузки), но отключает двигатель в течение чрезмерного времени при высоких токах.

Реле с задержкой использует принцип работы теплового реле перегрузки , но работает быстрее, чем стандартное тепловое реле .

Stalling Relay Stalling Relay Рисунок 5 - Реле замедления

Схематическое представление реле задержки было предоставлено в Рисунок 5 для справки.

При пропускании части тока двигателя непосредственно через биметаллические элементы в этом реле нагрев происходит мгновенно, как это происходит в обмотках двигателя.

Реле этого типа обычно работает только в том случае, если ток двигателя превышает 3 раза нормальный рабочий ток , и отключается, когда ток ниже в 2 раза нормального рабочего тока. Это переключение между входом и выходом достигается за счет использования дополнительного контакта реле.

Когда двигатель работает нормально, ток в этой схеме защиты проходит через резистор и обходит биметаллические элементы.

Индекс Top


6.Защита двигателя от избыточного флюса

Как вы помните из модуля по теории двигателя, ток, потребляемый двигателем, приблизительно пропорционален потоку в сердечнике, необходимом для вращения. Более того, поток в сердечнике примерно пропорционален квадрату скорости скольжения.

I α f α s2

Очевидно, что чрезмерное флюсирование является наиболее сильным при заблокированном роторе или в состоянии остановки, когда скольжение достигло максимума. Реле задержки, которое ранее обсуждалось , защищает от этого .

Тем не менее, есть еще одно условие, когда мы можем войти в состояние чрезмерного потока двигателя. Если одна из трех фаз источника питания имеет высокое сопротивление или является разомкнутой цепью (из-за перегоревшего предохранителя, плохого соединения и т. Д.), Магнитный поток становится несбалансированным, и ротор начинает скользить дальше от скорости поля статора. ,

Скорость вращения ротора (вала) уменьшится, а ток питания увеличится, что приведет к перегреву обмотки и нагреву сердечника.Также сильная вибрация из-за несбалансированных магнитных сил может привести к повреждению обмоток двигателя и подшипников.

Это состояние разомкнутой фазы, как ни странно, называется однофазной фазой двигателя, хотя две фазы все еще подключены. Если двигатель продолжает работать с открытой линией питания, то ток в оставшихся двух исправных выводах будет в два раза превышать ток, обычно наблюдаемый для данной нагрузки. Это приведет к быстрому неравномерному нагреву двигателя и повреждению изоляции, обмоток, сокращению срока службы машины и тепловым искажениям.

Если крутящий момент, требуемый нагрузкой, превышает величину создаваемого крутящего момента, двигатель остановится. Двигатель будет получать значения тока заблокированного ротора, которые в среднем составляют , что в 3-6 раз превышает ток полной нагрузки . Это приведет к чрезмерному нагреву обмоток и приведет к повреждению изоляции. Если разомкнутая цепь присутствует до попытки запуска двигателя, маловероятно, что двигатель сможет начать вращаться.

Реле дисбаланса фаз, используемое для защиты от этого сценария, по конструкции аналогично реле задержки, но оно настроено примерно на 20% от тока полной нагрузки.Грубое представление о работе реле приведено в , рисунки 6 и , 7 только для справки.

Если какая-либо из фаз двигателя теряет мощность, нагреватель остынет. Биметаллическая полоса будет вращаться, вызывая размыкание контактов дисбаланса и отключение двигателя. Это реле также защитит от тепловой перегрузки, так как нагреватели заставляют биметаллические полосы замыкать контакт отключения при перегрузке.

Вы также увидите компенсирующий биметаллический элемент, который будет компенсировать изменения температуры окружающей среды, тем самым предотвращая ненужные отключения.

Phase Unbalance and Overload Protection Phase Unbalance and Overload Protection Рисунок 6 - Фазовый дисбаланс и защита от перегрузки
Phase Unbalance and Overload Protection Phase Unbalance and Overload Protection Рисунок 7 - Защита от несимметрии фаз и перегрузок Индекс Top

Ресурс: Основы науки и реакторов - электротехника i Техническая учебная группа CNSC

,
Защита двигателя от перегрузки - Центр электротехники

Защита от перегрузки установлена ​​в главной цепи управления или силовой линии двигателя для защиты от повреждений из-за механической неисправности, вызванной перегрузкой при работе.

В результате перегрузки происходит чрезмерное повышение температуры в обмотках двигателя из-за тока, превышающего ток полной нагрузки.

Защита от перегрузки надлежащего размера отключает двигатель от источника питания, когда тепло, выделяемое в цепи или обмотке двигателя, приближается к разрушающему уровню по любой причине.

Что такое защита двигателя от перегрузки?

Чем больше перегрузка, тем быстрее температура повысится до точки, которая повреждает изоляцию и смазку двигателя.

Устройство перегрузки по току не будет реагировать на эту перегрузку низкого уровня. Устройство защиты от перегрузки двигателя предотвращает серьезные повреждения двигателя этого типа, а также обеспечивает защиту проводников цепи, поскольку оно рассчитано на такой же или меньший ток, что и проводники.

Основной принцип работы

  • Эвтектический сплав в нагревательном элементе представляет собой материал, который переходит из твердого в жидкое состояние без прохождения промежуточной стадии замазки.
  • Когда ток двигателя превышает номинальное значение, температура поднимется до точки, где сплав плавится; Затем храповое колесо свободно вращается, и контактная защелка перемещается вверх под давлением пружины, что позволяет размыкать контакты цепи управления.
  • После того, как нагревательный элемент остынет, храповое колесо снова будет оставаться неподвижным, и контакты перегрузки могут быть сброшены.

Обозначение защиты от перегрузки

Устройства защиты от перегрузки

предназначены для кратковременного протекания высоких токов в двигателе, что позволяет:

  • Типичные пусковые токи двигателя в 6-8 раз превышают нормальный рабочий ток при запуске.
  • Кратковременные перегрузки, такие как порция продукта, проходящая через систему.

Если входы и выходы двигателя покрыты слоем ворса или если подшипник начнет блокироваться, чрезмерный нагрев обмоток двигателя «перегрузит» изоляцию двигателя, что может повредить двигатель.

Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к РУКОВОДСТВУ ПО ЭЛЕКТРОМОТОРАМ:

& lt; A href = ”http://ws.amazon.com/widgets/q?ServiceVersion=20070822&#038;MarketPlace=US&#038;ID=V20070822%2FUS%2Felectricale0c-20%2F8010%2F176cabfd-925 -45a2-bc3d-b48af1fcefab & amp; # 038; Operation = NoScript ”_mce_href =” http: // ws.amazon.com/widgets/q?ServiceVersion=20070822&amp;MarketPlace=US&amp;ID=V20070822%2FUS%2Felectricale0c-20%2F8010%2F176cabfd-925d-45a2-bc3d-b48af1fcefab&amp;Operation=NoScript"> Виджеты Amazon.com & lt; / A & gt;

,
Как узнать, правильно ли вы установили ток на реле тепловой перегрузки двигателя

Пуск с током полной нагрузки…

Ток полной нагрузки при заданном напряжении, указанном на паспортной табличке, является нормативным для настройки реле перегрузки. Из-за переменного напряжения во всем мире двигатели для насосов предназначены для использования как в 50 Гц, так и в 60 Гц в широком диапазоне напряжений.

How do you know which current to set on a motor overload relay Как узнать, какой ток нужно установить на реле перегрузки двигателя (фото предоставлено Edvard CSANYI, EEP)

Следовательно, текущий диапазон указан на паспортной табличке двигателя.Точную емкость тока можно рассчитать, когда мы знаем напряжение.

Motor thermal overload relay Motor thermal overload relay Рисунок 1 - Тепловое реле перегрузки двигателя

Пример расчета

Когда мы знаем точное напряжение для установки, ток полной нагрузки можно рассчитать при 254 Δ / 440 Y V, 60 Гц . Данные указаны на паспортной табличке, как показано на рисунке ниже:

  • f = 60 Гц
  • U = 220-277 ∆ / 380 - 480 Y V
  • I n = 5.70 - 5,00 / 3,30 - 2,90 A
The full-load current at a given voltage indicated on the nameplate is normative for setting the overload relay The full-load current at a given voltage indicated on the nameplate is normative for setting the overload relay Рисунок 1 - Ток полной нагрузки при заданном напряжении, указанном на паспортной табличке, является нормативным для настройки реле перегрузки

60 Гц расчет данных:

  • U a = фактическое напряжение 254 ∆ / 440 Y V (фактическое напряжение)
  • U мин = 220 ∆ / 380 Y V (минимальные значения в диапазоне напряжений)
  • U макс. = 277 ∆ / 480 Y V (максимальные значения в диапазоне напряжений)
Коэффициент напряжения определяется следующими уравнениями:

U Δ = (U A - U мин ) / (U макс - U мин )
, что в данном случае: U Δ = (254 - 220) / ( 227 - 220) = 0.6

U Y = (U A - U мин ) / (U макс - U мин )
, что в данном случае: U Y = (440-380) / ( 480-380) = 0,6

Итак, U Δ = U Y


Расчет фактического тока полной нагрузки (I)

I мин. = 570 / 3,30 A
(значения тока для Delta и Star при минимальных напряжениях)

I макс. = 500/2.90 A
(значения тока для Delta и Star при максимальных напряжениях)

Теперь можно рассчитать ток полной нагрузки с помощью первой формулы:

  • I для значений Delta: 5,70 + (5,00 - 5,70) × 0,6 = 5,28 = 5,30 A
  • I для значений Star: 3,30 + (2,90 - 3,30) × 0,6 = 3,06 = 3,10 A

Значения тока полной нагрузки соответствуют допустимому току полной нагрузки двигателя при 254 ∆ / 440 Y V, 60 Гц.

Полезное правило: Внешнее реле перегрузки двигателя всегда настроено на номинальный ток, указанный на паспортной табличке.

Однако, если двигатели спроектированы с коэффициентом обслуживания, который указан на паспортной табличке , например. 1.15, установленный ток для реле перегрузки может быть увеличен на 15% по сравнению с током полной нагрузки или с коэффициентом полезного действия (SFA) , который обычно указывается на паспортной табличке.

Если двигатель подключен по схеме звезда = 440 В, 60 Гц, , тогда реле перегрузки должно быть установлено на 3.1 А .

Справочник // Моторная книга Grundfos

,

Защита от перегрева (перегрузки) двигателя

Неисправности обмотки двигателя

Большинство сбоев обмоток в двигателе - это косвенно или напрямую , вызванные перегрузкой (длительной или циклической), работой на несбалансированном напряжении питания или однофазным питанием, которые приводят к чрезмерному нагреву до износа изоляции обмотки, пока не произойдет электрический сбой.

Thermal (Overload) Motor Relay Protection Thermal (Overload) Motor Relay Protection Тепловая защита двигателя (от перегрузки) Защита реле (на фото: реле RTX с контактором MNX; кредит: larsentoubro.ком)

Общепринятым правилом является то, что срок службы изоляции уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения температуры выше номинального значения, что зависит от продолжительности времени, проведенного при более высокой температуре. Поскольку электрическая машина имеет относительно большую теплоаккумулирующую способность, из этого следует, что редкие кратковременные перегрузки могут не оказывать неблагоприятного воздействия на машину.

Однако длительные перегрузки, составляющие всего несколько процентов, могут привести к преждевременному старению и повреждению изоляции. Кроме того, на тепловую стойкость двигателя влияет нагрев в обмотке до возникновения неисправности.

Поэтому важно, чтобы характеристика реле учитывала экстремальные значения нулевого тока и тока преднагрузки при полной нагрузке, известные соответственно как ‘ Холодная ‘ и ‘ Горячая ‘.

Разнообразие конструкций двигателей, различные применения, различные возможные ненормальные условия эксплуатации и возникающие в результате режимы отказа приводят к сложным тепловым взаимосвязям.

Поэтому точную обобщенную математическую модель создать невозможно.Тем не менее, можно разработать приблизительную модель, если предположить, что двигатель представляет собой однородное тело, создающее и рассеивающее тепло со скоростью, пропорциональной росту температуры.

Это принцип, лежащий в основе модели двигателя тепловой реплики , используемой для защиты от перегрузки.

Температура Т в любой момент времени определяется как:

Formula temperature T Formula temperature T

где:
Tmax = конечная температура устойчивого состояния
τ = постоянная времени нагрева

Повышение температуры пропорционально текущему квадрату:

Formula temperature rise Formula temperature rise

где:
I R = ток, который при непрерывном течении создает температуру Tmax в двигателе

Таким образом, можно показать, что для любого тока перегрузки I допустимое время t для этого тока составляет:

Formula permissible time t Formula permissible time t

В общем случае источник питания, к которому подключен двигатель, может содержать компоненты как прямой, так и обратной последовательности, и оба компонента тока вызывают нагрев в двигателе.

Следовательно, тепловая копия должна учитывать оба эти компонента, типичное уравнение для эквивалентного тока:

Formula equivalent current Formula equivalent current

где:
I 1 = ток прямой последовательности
I 2 = ток обратной последовательности

и

Formula K Formula K

на номинальной скорости. Типичное значение K равно 3 .

Наконец, модель тепловой копии должна учитывать тот факт, что двигатель будет иметь тенденцию к охлаждению во время периодов небольшой нагрузки, и начальное состояние двигателя. Двигатель будет иметь постоянную времени охлаждения τ r , которая определяет скорость охлаждения.

Следовательно, окончательная тепловая модель может быть выражена следующим образом: Уравнение 1 :

Formula final thermal model Formula final thermal model

где:

τ = постоянная времени нагрева
k = Ieq / Ith
A 2 = начальное состояние двигателя (холодный или горячий)
I th = ток тепловой уставки

Уравнение 1 учитывает «холодные» и «горячие» характеристики, определенные в МЭК 60255, часть 8 .

Некоторые реле могут использовать характеристику двойного наклона для постоянной времени нагрева, и, следовательно, требуются два значения постоянной времени нагрева. Переключение между двумя значениями происходит при заданном токе двигателя. Это может быть использовано для улучшения характеристик срабатывания при пуске двигателей, использующих звездо-треугольный пускатель. Во время запуска обмотки двигателя питаются полным током линии, тогда как в состоянии «работа» они несут только 57% тока, видимого реле.

Аналогичным образом, когда двигатель отключен от источника питания, постоянная времени нагрева τ устанавливается равной постоянной времени охлаждения τ r .

Поскольку реле в идеале должно быть согласовано с защищенным двигателем и должно быть в состоянии обеспечить постоянную защиту от перегрузки, желателен широкий диапазон настройки реле вместе с хорошей точностью и низким тепловым перерегулированием.

Типичные кривые настройки реле показаны в Рисунок 1 .

Figure 1: Thermal overload characteristic curves Figure 1: Thermal overload characteristic curves Рисунок 1: Кривые характеристик тепловой перегрузки; Холодные кривые Начальное тепловое состояние 0%

Ресурс: Руководство по сети, защите и автоматизации - Areva

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о