Тепловая защита двигателя асинхронного

где I_пуск – пусковой ток двигателя;

k_сх –коэффициент схемы;

k_н – коэффициент надежности;

k_в – коэффициент возврата;

k_тт – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Пусковой ток – это ток необходимый для запуска электродвигателя, обычно превышающий номинальное значение тока (тока потребляемого при нормально-устойчивом режиме работы) в 3-8 раз. Указывается заводом изготовителем в виде табличных данных.

Коэффициентом схемы называют отношение тока, протекающего через обмотку реле и тока, протекающего через трансформатор тока. Для однорелейной схемы (рисунок 5) коэффициент схемы принимают равным . Для двухрелейной (рисунок 6, а) и трехрелейной схем (рисунок 6, б) коэффициент схемы принимают равным 1 [8].

Рисунок 5 – Однорелейная схема токовой отсечки

Коэффициентом надежности называют отношение величины тока в обмотках исполнительного реле к величине тока срабатывания реле. Он зависит от конструктивного исполнения схемы и указывается заводом изготовителем в виде табличных данных. Для реле РТ-40 равен 1,8; для реле РТ-82, РТ-84 и реле прямого действия равен 2.

Коэффициент возврата – это отношение тока возврата к току срабатывания. У большинства современных реле он находится в пределах 0,8-0,9.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока определяется отношением первичного тока трансформатора ко вторичному.

Рисунок 6 – Схема токовой отсечки

а) двухрелейная схема защиты электродвигателя;

б) трехрелейная схема защиты электродвигателя.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная защита. Эта защита выполняется в двухфазном или трехфазном исполнении. Ток срабатывания реле принимается 2×I_НОМ .

2. Защита электродвигателей от замыканий одной фазы на землю

Защита электродвигателей до 2000 кВт от замыканий на землю считается нецелесообразной в связи с небольшой стоимостью маломощных электродвигателей и устанавливается лишь в том случае, если ток замыкания на землю превышает 10А.

На мощных двигателях от 2000 кВт защита от замыканий на землю устанавливается, если ток замыкания на землю превышает 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием трансформатора нулевой последовательности (рисунок 7).

Рисунок 7 – Схема защиты электродвигателей от замыканий на землю одной фазы

Ток срабатывания защиты принимается равным:

,

где I_c – емкостной ток двигателя;

k_н -коэффициент надежности (k_н =1,2…1,3);

k_б -коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока электродвигателя при внешних перемежающихся замыканий на землю. Для защиты, действующей без выдержки времени (k_б =3…4) [1].

3. Защита электродвигателей от перегрузки

Перегрузка электродвигателя возни­кает в следующих случаях:

а) при затянувшемся пуске или самозапуске;

б) по техническим причинам и перегрузке механизмов;

в) в результате обрыва одной фазы;

г) при повреждении механической части электродвигателя
или механизма, вызывающем увеличение момента М_c и торможение электродвигателя.

Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными. Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.

Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электро­двигателя, кратковременны и самоликвидируются при дости­жении нормальной частоты вращения. Эти токи могут пред­ставлять опасность, только если процесс развертывания электро­двигателя затянется.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электро­двигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при об­рыве фазы будет составлять примерно (1,6 ÷2,5) I_ном. Эта пере­грузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма.

Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя яв­ляется сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и в первую очередь обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы электродвигателя [7].

· Защита от перегрузки с тепловым реле

Защита с тепловым реле (рисунок лучше других может обеспечивать характеристику, приближающуюся к перегрузоч­ной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q_р. выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента:

Тепло, выделяемое в тепловом реле, пропорционально теплу, выделяемому в электродвигателе, т. е. Q_р ≡Q_д

Рисунок 8 – Схема защиты от перегрузки с тепловым реле

Реле настраивается так, чтобы его уставка срабатывания соответствовала теплу, выделение которого в электродвигателе считается предельно допустимым.

Наиболее часто тепловые реле выполняются на принципе использования коэффициента линейного расширения различных металлов под влиянием на­гревания. Основой такого теплового реле, является биметаллическая пластинка, состоящая из спаянных по всей поверхности металлов с сильно отличающимися коэффи­циентами линейного расширения. При нагревании пластинка прогибается в сто­рону пластиныс меньшим коэффициен­том расширения и освобождает защелку рычага, который, поворачиваясь, под действием пружины за­мыкает контакты реле. Нагревание пластинки осуществляется нагревательным эле­ментом при прохождении по нему тока I.

Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам двигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и элек­тродвигателя. Поэтому тепловые реле следует применять лишь в тех случаях, когда более простые токовые реле не обеспечи­вают защиты двигателей [9].

· Защита от перегрузки с токовыми реле

Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно при­меняются максимальные токовые защиты с использованием токовых реле с ограниченно зависимыми характеристиками выдержки времени или максимальные токовые защиты, выполненные комбинацией мгновенных токовых реле и реле времени.

Преимуществами токовых защит, по сравнению с тепловыми, являются более простая эксплуатация, более легкий подбор и регулировка характеристик защиты. Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электро­двигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока. Для двигателей, не имеющих технологических перегрузок, этот недостаток не имеет значения[1, 10].

Защита от перегрузки выполняется одним токовым реле, включенным на один из фазных токов (рисунок 9, а), или по двухфазной однорелейной схеме, когда по этой же схеме выпол­нена защита от междуфазных к. з. (рисунок 9, б).

а) однофазная однорелейная схема защиты от перегрузки

б) двухфазная однорелейная схема защиты от перегрузки

Рисунок 9 – Схемы защит от перегрузки

Ток срабатывания защиты:

,

где I_ном – номинальный ток двигателя;

k_н – коэффициент надежности;

k_в –коэффициент возврата.

Время срабатывания составляет t_СЗ =(10…15) с.

4. Защита электродвигателей от понижения напряжения

Защита от потери питания устанавливается для предотвращения повреждений в электродвигателях, затормозившихся в результате кратковременного или длительного снижения напряжения, при восстановлении питания, а также для обеспечения требований техники безопасности и условий технологического процесса.

Отключение электродвигателей при исчезновении напряже­ния обеспечивается установкой одного реле минимального на­пряжения, включенного на линейное напряжение.

Защита с одним реле напряжения (рисунок 10) надежно реаги­рует на трехфазные к. з. Однако при двухфазных к. з. защита с одним реле действует только при к. з. между фазами, на кото­рые включено реле, что является существенным недостатком.

Для обеспечения работы защиты при всех случаях двух­фазного к. з. иногда применяется трехфазная схема, показанная на рисунке 11. Эту схему применяют в сетях, где воз­можно длительное отключе­ние, сопровождаемое снижением напряжения ни­же 70%.

Существенным недостат­ком защиты минимального напряжения является возможность ее неправильной работы в случае обрыва цепей напряжения, чаще всего возникающего при перегорании предохранителей в этих цепях. Поэтому трехфазная защита минимального напряжения применима лишь для неответственных электродвигателей.

Рисунок 10 – Защита от понижения напряжения с одним реле

Во избежание ложного отключения электродвигателей при обрыве цепи напряжения в ответственных установках применяются схемы с двумя комплектами реле напряжения, включенными на разные трансформаторы напряжения.

Контакты реле обоих комплектов соединяются последовательно, поэтому при нарушении цепи, питающей один комплект реле, защита не может подать импульс на отключение двигателей [1].

Рисунок 11 – Трехфазная защита минимального напряжения

В данной главе дипломного проекта рассмотрена общая характеристика релейной защиты, в которую входят такие вопросы как: назначение релейной защиты, основные требования к релейной защите, структура релейной защиты и используемая информация, основные органы релейной защиты. реле и их классификация, защита электродвигателей.

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Инструкция по выбору теплового реле для защиты электродвигателя

22.06.2016 нет комментариев 19 005 просмотров

Продолжительная работа механизма на максимуме вызывает перегрев обмоток и порчу изоляции, в результате чего происходит межвитковое замыкание, перерастающее в обширное выгорание полюсов двигателя и дорогостоящий ремонт. Чтобы этого не происходило, в цепь питания устанавливается реле, которое называют тепловым или «теплушкой». По цепи питания данный аппарат контролирует величину тока и при длительном отклонении от номинала установки, размыкает контакты, лишая питания цепь управления, размыкая пусковое устройство. В этой статье мы расскажем, как выбрать тепловое реле для двигателя по мощности и току.

Методика выбора

Чтобы правильно выбрать номинал теплового реле нам необходимо узнать его In (рабочий, номинальный ток) и уже опираясь на эти данные можно подобрать правильный диапазон уставки аппарата.

Правилами технической эксплуатации ПУЭ оговорен этот момент и допускается устанавливать до 125% от номинального тока во взрывобезопасных помещениях, и 100%, т.е. не выше номинала двигателя во взрывоопасных.

Как узнать In? Эту величину можно посмотреть в паспорте электродвигателя, табличке на корпусе.

Как видно на табличке (для увеличения нажмите на картинку) указаны два номинала 4.9А/2.8А для 220В и 380В. Согласно нашей схеме включения нужно выбрать ампераж, ориентируясь на напряжение, и по таблице подобрать реле для защиты электродвигателя с нужным диапазоном.

Для примера рассмотрим, как выбрать тепловую защиту для асинхронного двигателя АИР 80 мощностью 1.1 кВт, подключенного к трехфазной сети 380 вольт. В этом случае наш In будет 2.8А, а допустимый максимальный ток «теплушки» 3.5А (125% от In). Согласно каталогу нам подходит РТЛ 1008-2 с регулируемым диапазоном 2.5 до 4 А.

Что делать, если паспортные данные не известны?

Для этого случая рекомендуем использовать токовые клещи или мультиметр С266, конструкция которого также включает токоизмерительные клещи. С помощью данных приборов нужно определить ток мотора в работе, измерив его на фазах.

В том случае, когда на таблице частично читаются данные, размещаем таблицу с паспортными данными асинхронных двигателей широко распространенных в народном хозяйстве (тип АИР). С помощью нее возможно определить In.

Кстати, недавно мы рассмотрели принцип действия и устройство тепловых реле. с чем настоятельно рекомендуем вам ознакомиться!

В зависимости от токовой нагрузки будет различаться и время срабатывания защиты, при 125% должно быть порядка 20 минут. В диаграмме ниже указана векторная кривая зависимости кратности тока от In и времени срабатывания.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Надеемся, прочитав нашу статью, вам стало понятно, как выбрать тепловое реле для двигателя по номинальному току, а также мощности самого электродвигателя. Как вы видите, условия выбора аппарата не сложные, т.к. можно без формул и сложных вычислений подобрать подходящий номинал, используя таблицу!

Советуем также прочитать:

Нравится( 0 ) Не нравится( 0 )

Аварийные ситуации в работе асинхронного двигателя и методы защиты

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

• Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
• Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
• Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
• Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители. реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

• предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
• электромеханических параметрах привода;
• условиях окружающей среды;
• возможности обслуживания персоналом.
• Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

• Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
• Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

• К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
• К2 – двухфазное замыкание;
• К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

• номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
• Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН .

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Источники: http://studopedia.ru/5_65380_zashchita-elektrodvigateley.html, http://samelectrik.ru/instrukciya-po-vyboru-teplovogo-rele-dlya-zashhity-elektrodvigatelya.html, http://podvi.ru/elektrodvigatel/zashhita-asinxronnogo-dvigatelya.html