Выбор и принцип работы защиты для электродвигателя — как подобрать автоматический выключатель для трехфазного двигателя

На чтение 7 мин Просмотров 5.2к. 23.11.2016 18.02.2021

1. Функции и виды устройств защиты электродвигателей
2. Выбор автоматического выключателя
3. Практический расчет защиты электродвигателей
4. Универсальный блок защиты электродвигателей
5. Защита электромоторов на производстве

Отличительной чертой обеспечения безопасности электродвигателя от перегрузок и короткого замыкания является значительное увеличение пускового тока, который может достигать семикратного превышения относительно номинального значения.

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.

Обычный трехфазный автоматический выключатель часто используется для защиты электродвигателей

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;

Современные мотор автоматы с ручным управлением

• 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.

Мотор автомат с ручной настройкой и автоматическим управлением

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.

Контактор электродвигателя с тепловым реле

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.

Трехфазный автоматический выключатель

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.

Времятоковая характеристика автоматических выключателей категории «C»

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

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

Бирка электродвигателя с указанием мощности

Практический расчет защиты электродвигателей

На практике применяют поправочный коэффициент надежности Kн, который для автоматов с In<100A равен 1,4, а для In>100A принимают Kн=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие Iмгн.ср  ≥ Kн * Iпуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя IAB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (In). Необходимое условие: IAB > In/Кт, где Кт = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе Кт=1.

Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; Iпуск/ In = 7. Вначале нужно рассчитать In­ = Рn/(Un*√3*η*cosφ) =  5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, Кт = 0,85,  значит In/Кт = 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).

При расчетах понадобится калькулятор

Теперь нужно проверить условие Iмгн.ср  ≥ Kн * Iпуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при Iмгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток Iпуск= In*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на Kн (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.

Мотор автомат с датчиками — катушками тока

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.

Разнообразие представленных на рынке устройств защиты электродвигателей

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.

Универсальный блок защиты

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.

Изменения скоростей двигателя в разных режимах самозапуска

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.

Схема релейной защиты электродвигателя

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.

Какой нужен автомат на 15 квт?

Для выбора нужного автомата для 15 кВт необходимо учитывать несколько факторов, таких как тип нагрузки и ее характеристики, напряжение и фазность системы, а также необходимые дополнительные функции, которые могут понадобиться.

Обычно для защиты 15 кВт нагрузки используется автоматический выключатель, который соответствует номинальному току и напряжению системы, к которой он подключается. Для трехфазных систем используются трехполюсные автоматы, а для однофазных систем — однополюсные или двухполюсные автоматы.

Дополнительные функции, которые могут быть нужны при выборе автомата для 15 кВт нагрузки, могут включать защиту от короткого замыкания, перегрузки, токовых утечек и других неполадок в системе. Также может потребоваться выбрать автомат, который поддерживает возможность дистанционного управления и мониторинга.

При выборе автомата для конкретного проекта всегда рекомендуется обратиться к профессиональным электрикам или специалистам в этой области, которые могут рассчитать точные требования к автомату на основе специфических характеристик вашей системы и ее нагрузки.

Видео. Зачем нужен ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НАГРУЗКИ когда есть автомат? #энерголикбез