Автоматические выключатели защиты двигателя что это

Защита электродвигателя. Виды устройств

Особенностью защиты электродвигателя от перегрузок и короткого замыкания является повышенный пусковой ток, который может в семь раз превышать номинальное значение. Самые сильные перегрузки на старте свойственны асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, которые наиболее используемые в быту и на производстве, поэтому правильная их защита, а также предохранение электропроводки цепей питания электродвигателей являются особенно актуальными.

В бытовой электротехнике проблема с большими стартовыми токами электродвигателей решена при помощи автоматических выключателей, у которых отключение (отсечка) происходит не сразу после превышения номинального тока, а спустя некоторое время.

Данного отрезка времени, который зависит от время-токовой характеристики автомата защиты, должно хватить, чтобы вал электродвигателя раскрутился до рабочих оборотов, и потребление тока снизилось до номинального уровня. Но автоматические выключатели не обладают гибкостью точной настройки, поэтому для защиты электрических двигателей применяются специальные устройства защиты.

Функции и виды устройств защиты электродвигателей

Современные защитные устройства, или другими словами, автоматы защиты электродвигателя, (мотор автоматы), часто совмещаются в одном корпусе с коммутационными аппаратами запуска (пускателями) и выполняют такие функции:

Защита от тока короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
Предохранение от асимметрии (дисбаланса) фаз, или обрыва фазного провода;

Тепловая защита от перегрева двигателя, осуществляемая при помощи дополнительных термодатчиков, установленных на кожухе или внутри электродвигателя;
Предохранение от некачественного напряжения;
Обеспечение выдержки времени для охлаждения электродвигателя после его аварийной остановки после перегрева;
Индикация режимов работы и аварийных состояний;
Опционально – отключение при исчезновении нагрузки на валу (например, для водяных насосов);
Совместимость с автоматическими системами контроля и управления.

Ранее и до недавнего времени наиболее используемой схемой защиты электродвигателей было подключение в корпусе пускателя теплового реле, последовательно с контактором. Биметаллическая пластина теплового реле при длительной перегрузке нагревается и прерывает цепь самоподхвата контактора. Кратковременное превышение номинальной нагрузки при запуске мотора является недостаточным для нагрева и срабатывания биметаллической пластины. Более подробно о тепловом реле и его подключении можно прочитать в соответствующем разделе данного ресурса.

Выбор автоматического выключателя

Поскольку первые две функции могут осуществляться обычными автоматическими выключателями, многие пользователи применяют их для защиты своих электродвигателей. Основным недостатком такого способа является отсутствие защиты от дисбаланса, обрыва фаз и скачков напряжения. Выбор автомата защиты осуществляется по его время токовой характеристике и по максимальному пусковому току электродвигателя.

Чтобы правильно подобрать автоматический выключатель по категории и номинальному току, нужно изучить его время токовую характеристику, о которой подробно рассказывается на одной из страниц данного сайта. Категории автоматов (А, B, C, D) определяются соотношением тока отсечки электромагнитного расцепителя к номинальному значению. Нужно иметь в виду, что время токовая характеристика категории не зависит от номинала автоматического выключателя.

Для предотвращения ложного срабатывания автоматического выключателя при запуске электродвигателя необходимо, чтобы кратковременный пусковой ток (I_пуск) не превышал значение отсечки (мгновенного срабатывания, I_мгн.ср) автомата. Отношение пускового (I_пуск) и номинального тока (I_n) можно узнать из бирки или паспорта электродвигателя, максимальное значение I_пуск/ I_n=7.

Если известна только мощность электродвигателя, то рассчитать номинальный ток можно по формуле I_n= Р_n/(U_n*√3*η*cosφ), где Р_n – мощность, U_n – напряжение, η – КПД, cosφ – коэффициент реактивной мощности двигателя.

Практический расчет защиты электродвигателей

На практике применяют поправочный коэффициент надежности K_н, который для автоматов с I_n 100A принимают K_н=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие I_мгн.ср ≥ K_н * I_пуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя I_AB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (I_n). Необходимое условие: I_AB > I_n/К_т, где К_т = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе К_т=1.

Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; I_пуск/ I_n = 7. Вначале нужно рассчитать I_n = Р_n/(U_n*√3*η*cosφ) = 5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, К_т = 0,85, значит I_n/К_т = 12,28/0,85 = 14,44 (А). Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).

Теперь нужно проверить условие I_мгн.ср ≥ K_н * I_пуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при I_мгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток I_пуск= I_n*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на K_н (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно. Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.

Универсальный блок защиты электродвигателей

На рынке электротехнического оборудования все большую популярность набирает защита электродвигателя при помощи универсальных устройств защиты, так называемых мотор автоматов, которые выполняют все приведенные выше функции защиты. Данные устройства имеют модульную конструкцию и устанавливаются на DIN рейку и управляют работой силовых контакторов. Кроме приведенных функций, некоторые мотор автоматы позволяют точно регулировать различные параметры защитного отключения.

Существует много разновидностей современных мотор автоматов, которые различаются коммутируемой мощностью, набором функций, способом управления, схемой подключения и внешним видом. Чтобы выбрать подходящий аппарат защиты для конкретного электродвигателя, необходимо знать его параметры номинального и пускового тока, а также нужно определиться с требуемым набором защитных функций и опций.

Стоимость мотор автоматов прямо пропорциональна мощности электродвигателя и функциональным возможностям защиты. Мировыми лидерами по производству защитных мотор автоматов являются такие известные бренды: Schneider Electric, ABB, IEK, Novatek electro, и другие.

Приведенный на рисунке ниже автомат защиты двигателя (универсальный блок) позволяет настраивать номинальный и пусковой ток электродвигателя, допустимые пороги напряжения, может отслеживать механическую нагрузку на валу электродвигателя. Также осуществляется контроль за качеством изоляции обмоток электродвигателя с возможностью установки запрета на включение.

Постоянный мониторинг множества параметров работы позволяет продлить срок эксплуатации двигателя и приводимого в действие оборудования. Специальный дополнительный блок обмена информацией позволяет подключить устройство к автоматическим системам контроля.

Защита электромоторов на производстве

Очень часто, в момент включения мощных потребителей электроэнергии (P>100кВт) на мощных производствах во всей электросети, подключенной к трансформаторной подстанции, напряжение опускается ниже установленного минимума.

При данном кратковременном падении напряжения рабочие электромоторы не отключаются, но теряют обороты. При возобновлении нормального напряжения двигатель снова начинает набирать обороты, то есть работать в режиме запуска (перегрузки). Данное явление называют самозапуском.

Если биметаллическая пластина автоматического выключателя или термореле была достаточно прогрета из-за продолжительной нормальной работы электродвигателя, то в режиме самозапуска тепловой расцепитель может сработать, вызвав ложное срабатывание.

Для мощных электродвигателей на предприятиях для поддержания нормального режима работы, в том числе и после самозапуска, применяют релейную защиту с трансформаторами тока, включенными в цепь питания.

Отклонения от нормы в силовых проводах электродвигателя с подключенными последовательно первичными обмотками токовых трансформаторов используются для срабатывания реле защиты, которые подключатся к вторичным обмоткам токовых трансформаторов по специальным схемам. Сложные расчеты данных мощных систем защиты осуществляются штатными сотрудниками, заведующими энергоснабжением предприятия, поэтому теория производственной электротехники не входит в тему данной статьи.

Читать еще: 402 двигатель не тянет на холодную

Автоматы защиты электродвигателей

Доброго дня, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

Автоматы защиты двигателя

В рубрике «Общее» рассмотрим автоматы защиты асинхронных электродвигателей переменного тока. Как следует из названия, автоматы защиты электродвигателей предназначены для защиты и запуска электрических двигателей. Отключение этого устройства происходит при превышении номинального тока или короткого замыкания в двигателе. В автомате защиты предусмотрена температурная компенсация, позволяющая исключить влияние внешней температуры на работу изделия. Второе назначение автоматов защиты – это использование их в качестве аварийного или главного выключателя. Номинальный ток двигателя при определенном напряжении указывается на фирменной табличке, прикрепленной к двигателю. Величина номинального тока также зависит от схемы включения двигателя в электрическую цепь, звезда или треугольник. Приводные устройства в автоматах защиты электродвигателей могут быть выполнено в виде кнопок (Пуск – Стоп), или поворотной ручки (Вкл. – Откл.). Автоматы защиты двигателей при комплексной защите оборудования могут монтироваться совместно с контакторами, пускателями, частотными преобразователями, устройствами плавного пуска и т. д. На рынке присутствует огромное количество разнообразных моделей от различных фирм производителей автоматов защиты двигателей.

Отличия автоматов защиты двигателя от обычных автоматов

Токовая характеристика автомата защиты настроена с учетом пусковых токов, возникающих при запуске асинхронных электрических двигателей переменного тока.
Предусмотрена температурная компенсации. Автоматы защиты двигателей комплектуются термомагнитынми расцепителями, которые включают в себя расцепитель тепловой – биметаллическую пластину и расцепитель электромагнитный. При изменении температуры внешней среды уставка теплового расцепителя, может значительно изменятся. Этого нельзя допускать, так как изменение температуры может привести к ложным срабатываниям автомата, или выходу двигателя из строя. Чтобы исключить влияние изменений температуры внешней среды на работу автомата защиты и предусмотрена температурная компенсация.
В конструкцию автоматов защиты заложена увеличенная предельная коммутационная способность, в связи с повышенными токами, возникающими при запуске электрических двигателей.
Автоматы защиты двигателя могут доукомплектовываться элементами, обеспечивающими дополнительную защиту двигателей или увеличивающие возможности построения гибкой автоматизированной системы.

Технические характеристики и принцип работы

Технические характеристики изделия рассмотрим на примере автоматов защиты электродвигателей серии MS производства концерна ETI Словения. Основные характеристики приведены в таблице.

Характеристики автоматов защиты серии MS

Для включения автомата защиты двигателя необходимо нажать вручную кнопку «START» или повернуть ручку в положение (Вкл.). Отключение автомата происходит вручную, при нажатия кнопки «STOP» или поворотом ручки в положение (Выкл.), а также автоматически в случае срабатывания термомагнитной или электромагнитной защиты. Электромагнитный расцепитель, имеющий фиксированную уставку 13 In осуществляет защиту от короткого замыкания, а защиту от перегрузки тепловой расцепитель. Электромагнитная защита состоит из катушки в которой находится подвижный сердечник и возвратной пружины. В случае протекания по катушке тока короткого замыкания происходит мгновенное втягивание сердечника, который воздействует на механизм свободного расцепления через отключающую рейку. Тепловая защита состоит из биметаллической пластины которая последовательно соединена с контактом. При протекании по пластине тока перегрузки происходит ее нагрев. Пластина начинает изгибаться воздействуя через отключающую рейку на механизма свободного расцепления. Чтобы компенсировать зависимость от температуры внешней среды, автоматы защиты электродвигателей снабжены биметаллическими температурными компенсаторами с прогибом в обратную сторону по отношению к биметаллическим пластинам. Коммутацию цепей в изделии выполняют не подвижные и подвижные контакты. Подвижные контакты подпирается пружиной, которая увеличивает усилие для скорейшего размыкания контактов. Необходимый ток защиты двигателя задается с помощью регулировочного диска. В пределах диапазона регулировки тока защиты и необходимо подбирать автомат для защиты электрического двигателя от перегрева. На автомате имеется кнопка «ТЕСТ» при помощи которой можно проверить работоспособности изделия. Автоматы защиты электродвигателей серии MS 25 рассчитаны на ток коммутации до 25 ампер, MS 32 до 32 ампер. В автоматах предусмотрена возможность тестирования, они реагируют на обрыв фазы. Автоматы защиты серии MS 25 имеют возможность регулировки тепловой защиты в 13 — диапазонах от 0,1А до 25А;

Монтаж и электрические схемы подключения автоматов

Автоматы защиты электрических асинхронных двигателей монтируются в электрическом шкафу находящимся в помещении защищенными от дождя, снега и других осадков. Монтаж и электрическое подключение автомата должен проводить квалифицированный электрик. Все работы по монтажу оборудования должны проводится согласно Правилам Устройства Электроустановок (ПУЭ) и в соответствии с требованиями местных норм и правил. Автоматические выключатели устанавливаются в электрический шкаф посредством крепления на DIN – рейку. Подсоединение автомата производится с помощью соединительных шин или кабелей. Напряжение питания подводится со стороны верхних контактов. На нижние клеммы подсоединяется нагрузка. Возможные схемы подключения изделия для трех фазной, двух фазной и однофазной нагрузки приведены на (Рис. 1).

Схемы включения автомата защиты двигателя

Эксплуатация обслуживание и ремонт автоматов

Для долгой и надежной эксплуатации автоматов защиты двигателей необходимо регулярно проводить плановые проверки осмотры и техническое обслуживание. Стандартное обслуживание предполагает очистку устройства от грязи и пыли, а также визуальный контроль контактов на отсутствие подгорания и перегрева. Первую подтяжку винтов рекомендуется провести через месяц после ввода автомата в эксплуатацию. Затем периодически следует проверять и при необходимости подтягивать зажимные винты крепящие подводящие кабели. Все работы по техническому обслуживанию изделия необходимо проводить при полностью обесточенном автомате. Если соблюдаются условия эксплуатации автомата, то в ремонте изделие не нуждается.

И в заключении хочется сказать следующее. Эксплуатация электрических двигателей без автоматов защиты очень часто приводит к выходу их из строя. Скачки напряжения, пропадание фазы, перегрузка двигателя, все это, как правило, приводят к перегреву и выгоранию обмотки(ок). Ремонт (перемотка статора) будет стоить дороже, чем один раз приобрести и установить автомат защиты двигателя. Это поможет Вам в дальнейшем сэкономить деньги которые требуются для дорогостоящего ремонта статора двигателя.

Автоматические выключатели

Как работает автоматический выключатель

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токов перегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для нечастой коммутации номинальных токов (6-30 раз в сутки).

Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.

Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.

Выключаются автоматы обычно вручную (приводом или дистанционно), а при нарушении нормального режима эксплуатации (появление сверхтоков или снижение напряжения) — автоматически. При этом каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.

Читать еще: 4т двигатель на буран kohler характеристики

По выполняемым функциям защиты автоматические выключатели делятся на автоматы: максимального тока, понижения напряжения и обратной мощности.

Автоматы максимального тока служат для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении в ней токов короткого замыкания и перегрузок сверх установленного предела. Заменяя собой, рубильник и плавкий предохранитель, они обеспечивают более надежную и избирательную защиту при нештатных режимах.

Если условия среды отличны от нормальных (влажность воздуха выше 85% и в нем содержатся примеси вредных паров), то автоматические выключатели следует помещать в ящики и шкафы пылевлагонепроницаемого и химостойкого исполнения.

Классификация

Автоматические выключатели подразделяются на:

установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;

универсальные — не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;

быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);

небыстродействующие (от 10 до 100 мс);

Быстродействие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принципы и др.), а также условиями для быстрого гашения электрической дуги. Подобный принцип используется в токоограничивающих автоматах;

селективные , имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;

автоматы обратного тока , срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи;

Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные — при любом направлении тока.

Особенности конструкции и принцип действия автомата определяются его назначением и сферой применения.

Включение и выключение автомата может производиться вручную, электродвигательным или электромагнитным приводом.

Ручной привод применяется при номинальных токах до 1000 А и обеспечивает гарантируемую предельную коммутационную способность вне зависимости от скорости движения включающей рукоятки (оператор должен производить операцию включения решительно: начав — доводить до конца).

Электромагнитный и электродвигательный приводы питаются от источников напряжения. Схема управления привода должна иметь защиту от повторного включения на короткозамкнутую цепь, при этом процесс включения автомата на предельные токи короткого замыкания должен прекратиться при напряжении питания 85 — 110% от номинального.

При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.

Важной составной частью автомата является расцепитель , который контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Кроме того, расцепитель позволяет производить дистанционное отключение автомата. Наиболее широкое распространение получили расцепители следующих типов:

электромагнитные для защиты от токов короткого замыкания;

тепловые для защиты от перегрузок;

комбинированные;

полупроводниковые, обладающие большой стабильностью параметров срабатывания и удобством в настройке.

Для коммутации цепи без тока или для редких коммутаций номинального тока могут применяться автоматы без расцепителей.

Выпускаемые промышленностью серии автоматических выключателей рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям и по взрывоопасности среды, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий.

Информация о конкретных типах аппаратов, их типоисполнениях и типоразмерах приведена в нормативно-технических документах. Как правило, таким документом являются Технические условия (ТУ) завода . В некоторых случаях с целью унификации для изделий, имеющих широкое применение и производимых несколькими предприятиями, уровень документа повышается (иногда до уровня Государственного стандарта).

Автоматические выключатели состоят из следующих основных узлов:

контактной системы;

дугогасительной системы;

расцепителей;

механизма управления;

механизма свободного расцепления.

Контактная система состоит из неподвижных контактов, закрепленных в корпусе, и подвижных контактов, шарнирно посаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, обычно, одинарный разрыв цепи.

Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.

Механизм свободного расцепления представляет собой шарнирный 3- или 4-звенный механизм, который обеспечивает расцепление и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.

Электромагнитный максимальный расцепитель тока , представляющий собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току. Электромагнитные расцепители тока с устройством гидравлического замедления срабатывания имеют обратнозависимую от тока выдержку времени для защиты от токов перегрузки.

Тепловой максимальный расцепитель представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока.

Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления автомата. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе).

Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров:

номинального тока расцепителя;

уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки);

уставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;

уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).

Во многих автоматах применяют комбинированные расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки).

Выключатель имеет также дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся к нему снаружи. Ими могут быть независимый, нулевой и минимальный расцепители, свободные и вспомогательные контакты, ручной и электромагнитный дистанционный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении „отключено».

Независимый расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от постороннего источника напряжения. Минимальный и нулевой расцепители могут выполняться с выдержкой времени и без выдержки времени. С помощью независимого или минимального расцепителя возможно дистанционное отключение автомата.

Условия эксплуатации

Автоматические выключатели выпускаются в исполнениях с разной степенью защиты от прикосновений и внешних воздействий (IPOO, IP20, IP30, IP54). При этом степень защиты зажимов для присоединения внешних проводников может быть ниже степени защиты оболочки выключателя.

Выключатели изготавливают в 5-ти климатических исполнениях и 5-ти категорий размещения, что кодируется буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ и цифрами 1,2,3,4,5.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме в следующих условиях:

установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря (выключатели серии АП50 и АЕ1000 — на высоте не более 2000 м над уровнем моря);

температура окружающего воздуха от — 40 (без выпадения росы и инея) до +40°С (для выключателей серии АЕ1000 — от +5 до +40°С);

относительная влажность окружающей среды не более 90% при 20°С и не более 50% при 40°С;

окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая пыли (в том числе токопроводящей) в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;

место установки выключателя — защищенное от попадания воды, масла, эмульсии и т.п.;

отсутствие непосредственного воздействия солнечной и радиоактивной радиации;

отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски; допускается вибрация мест крепления выключателей с частотой до 100 Гц при ускорении не более 0,7 g.

Читать еще: Двигатели для мотоциклов как устроен

Группы условий эксплуатации электротехнических изделий в части воздействия механических факторов внешней среды определены ГОСТ 17516.1-90. В соответствии с данными каталогов автоматические выключатели предназначены для эксплуатации в группах Ml, М2, МЗ, М4, Мб, М9, М19, М25.

По технике безопасности автоматические выключатели соответствуют ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.6-75, требованиям „Правил устройств электроустановок» и обеспечивают условия эксплуатации, установленные „Правилами технической эксплуатации установок потребителем» и „Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем», утвержденными Госэнергонадзором 21.12.94 г. В части защиты от токов утечки выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 12.1.038-82.

Эксплуатация в нерабочем состоянии (хранение и транспортирование при перерывах в работе) соответствует ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69.

Автоматический выключатель для защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

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

Задачи устройств для защиты электродвигателей

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

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

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

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

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

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

Расчет автомата для электродвигателя

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

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

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

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

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

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

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

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

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

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

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

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

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

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

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

Заключение

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

голоса

Рейтинг статьи