Условия выбора автоматических выключателей для защиты электродвигателей

Подбираем автоматический выключатель для электродвигателя

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

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

• Uном. – номинальное напряжение, В;
• Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.

• Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А;
• Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные функции защиты

Защитный автомат для двигателя — специализированное электромеханическое устройство для применения в сетях 50 Гц. Он обладает рядом функций, позволяющих обеспечить безопасноую работу оборудования:

1. Защита от электросбоев в сети: короткое замыкание и межфазные замыкания.
2. Защита электродвигателя от перегрузки, при потреблении электрического тока выше значения, указанного в паспортных данных.
3. Защита от фазовых дисбалансов.
4. Тепловая задержка для предотвращения повторного включения двигателя сразу после перегрузки, что дает электродвигателю время для охлаждения.

В предыдущей статье мы разобрались с характеристиками автоматических выключателей, а сейчас полезем глубже. Я…

Параметры пусковых устройств

Для разнообразного предназначения выпускаются такие серии магнитных пускателей: ПА, ПМ, ПМА, ПМЕ, ПМЛ. Исходя из параметров нагрузки, выбор и применение данных устройств происходит по соответствию.

Магнитный пускатель серии ПМЛ

1.Величине электромагнитного пускателя – условный термин, характеризирующий допустимые продолжительные токи контактов главной силовой цепи. На данный момент имеются такие числовые обозначения величин и соответствующие им номинальные токи при напряжении 380В в рабочем режиме АС-3:

• «0» — 6,3 А;
• «1» – 10 А;
• «2» — 25 А;
• «3» — 40 А;
• «4» — 63 А;
• «5» — 100 А;
• «6» — 160 А;
• «7» — 250 А.

2.Режиму работы пускового устройства, определяющему характер коммутируемой нагрузки:

1. АС-1, нагрузка только активная, или мало индуктивная;
2. АС-3, запуск электродвигателя и его отключение при вращении;
3. АС-4, тяжёлый запуск двигателя, отключение его на низких оборотах и при неподвижном роторе, торможение противотоком.

Величины магнитного пускателя и категории их применения

3.Рабочему (коммутационному) напряжению катушки реле, которое бывает таких значений:

• Переменное: 24; 36; 42; 110; 220; 380 В.
• Постоянное: 24В.

4.Количеству дополнительных контактов, имеющих такое обозначение латинскими буквами и кириллицей:

1. Нормально разомкнутые (NO), (НО);
2. Нормально замкнутые (NC), (НЗ).

Также существуют специальные, защёлкивающиеся на корпус пускателя приставки, дополнительно добавляющие несколько сигнальных контактов.

Магнитный пускатель серии ПМЛ с защелкивающейся приставкой

5.Степени защиты прибора:

• IP00 — открытые, устанавливаются в обогреваемых помещениях в закрытых электрощитах защищённых от попадания посторонних предметов, воды и пыли;
• IP40 – изготовляются в корпусе, применяются внутри не обогреваемых помещений, где имеется малое количество пыли в воздухе и исключено попадание воды на прибор;
• IP54 – выпускаются в корпусе, применение внутреннее и наружное в местах, защищённых от воздействия атмосферных осадков и прямой солнечной радиации.

6.Наличию теплового реле, обеспечивающего защиту подключённых цепей от продолжительных перегрузок.

7. Наличию реверса, конструктивно исполненного путём объединения в одном корпусе двух электромагнитных реле, имеющих по три контактных группы, с механической или электрической блокировкой одновременного их включения.

8.Классу износостойкости, означающему возможное количество надёжных коммутаций.

9.Дополнительным элементам управления.

Необходимое соответствие параметров

Поскольку правильный выбор электромагнитного пускателя является залогом успешной и бесперебойной работы подключаемых электроустановок, необходимо соответствие вышеописанным параметрам характеристик коммутируемой цепи, напряжения управления, схемы включения, типа окружающей среды. Важнейшим правилом является требование, чтобы ток нагрузки не превышал допустимого тока контактов.

Для подключения активной нагрузки (без двигателей) определённой мощности Р, силу протекающего тока I определяют из упрощённой формулы:

где U – напряжение сети, 380 (В), .

Соответственно полученному значению выбирают пусковое устройство с номинальным током не меньше расчётного ниже по таблице.

Таблица выбора магнитного пускателя

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

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.

Устройства 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.

Категории контакторов

В первую очередь обратите внимание на категорию применения и цикл активации расцепителя. Стоит отметить, что любой электродвигатель представляет собой достаточно сложный агрегат, который функционирует при поступлении пусковых токов и повторно-кратковременных включений. В такой электрической цепи, работающей нестандартно, механизм расцепления должен отвечать за четкое и своевременное срабатывание. Обращайте внимание на маркировку, нанесенную на корпус устройства. Для сетей с переменным током подходят контакторы с маркировкой от АС1 до АС4, а для постоянного – от DC1 до DC5. Для промышленных пусковых электромоторов оптимальными считаются модели категории АС3, АС4, DC3, DC4 и DC5.

Значение номинального тока и напряжения

Значение номинального тока является значимым параметром, на который следует обращать внимание. При этом потребитель должен учитывать исключительно номинальную мощность, которую можно рассчитать по простой формуле:

где Р – это мощность, измеряемая в Ваттах;

U – напряжение, измеряемое в Вольтах;

сosφ – коэффициент мощности электродвигателя.

Коэффициент мощности двигателя заноситься в паспорт, который идет вместе с электрооборудованием.

Что касается подбора электропитания катушки управления, то в данном случае внимание следует обратить на два критерия: тип электрического тока и напряжение. Прибор может функционировать в сети с постоянным либо переменным током. При этом значение напряжения может быть следующим:

• при постоянном токе – 12В–440В;
• при переменном токе: 12В–660В частота 50Гц, 24В – 660В частота 60Гц.

Также на рынке в широком ассортименте представлены универсальные контакторы, управляющая катушка которых способна работать и при постоянном, и при переменном токе.

Степень износостойкости устройства

Коммутационная износостойкость указывает на количество циклов включения и выключения, на которые рассчитан расцепитель. Выбирайте устройство, у которого цикл срабатываний самый большой. К примеру, контакторы категории АС3 рассчитаны на 1,7 миллиона цикла, а АС4 на 200 миллионов циклов. От данного показателя напрямую зависит срок эксплуатации устройства. Устройства, в зависимости от коммутационной износостойкости, подразделяются на следующие классы:

• А – рассчитан на 1,5–4 миллиона циклов в режиме работы;
• Б – способен выдержать от 630 тысяч до 1,5 миллиона циклов;
• В – рассчитан на 100–500 тысяч циклов.

Механическая износостойкость указывает на количество запусков и отключений при отсутствующем напряжении. Стандартные механизмы способны выдержать примерно 10 – 20 миллионов операций. Информация о количестве допустимых циклов указывается в техническом паспорте устройства.

Частота включений

Подобная характеристика является очень важной для электрического двигателя с частым запуском. По частоте включения устройства подразделяют на разные классы.

Время сработки

На скорость сработки контактора влияет:

• момент запуска устройства – промежуток времени от начала сигнала до замыкания основных контактов;
• момент выключения устройства – период с момента обесточивания электрического магнита до полного отсоединения от линии.

В сети с постоянным током время сработки контактора длиться несколько сотен миллисекунд, а в сети с переменным – десятки миллисекунд.

Вышеперечисленные характеристики являются важными при подборе контактора по мощности. Однако существуют и другие параметры, которые способны повысить эффективность работы устройства. Поэтому подбирая оптимальную модель прибора обращайте внимание на следующие моменты:

Коэффициент возврата. Данная характеристика рассчитывается по простой формуле

У электромагнитных катушек, запитанных от постоянного тока, коэффициент возврата составляет 0,2–0,3. У приборов, катушка которых запитана от переменного тока, коэффициент возврата равен 0,6–0,7.

Наличие реверса. Реверсивные контакторы необходимо выбирать для управления реверсивным электродвигателем. При этом у устройства должно присутствовать в корпусе два пускателя, которые вместе соединены.

Степень защиты от пыли и влаги. В данном случае следует учитывать параметры помещения, в котором будет размещаться контактор. Если монтаж планируется проводить в защищенном шкафу, тогда подойдет модель со степенью защиты IP20. Если прибор будет установлен в запыленном помещении либо в условиях повышенной влажности, тогда выбирайте модель со степенью защиты IP54 либо IP65.

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.