Пуск для электродвигателя сопровождается повышенным током в период разгона его до номинальных оборотов, в случае перегрузки и нехватки мощности двигателя для вращения исполнительных механизмов возможно пониженное число оборотов с повышенными токами, в плоть до того, что он вообще не начнет раскручиваться. И наоборот если мощность двигателя избыточна, то потребляемый им ток будет ниже номинального.

Из-за вышеперечисленных причин и появляется необходимость правильного подбора пусковой и защитной аппаратуры в виде магнитных пускателей, контакторов, тепловых реле и автоматических выключателей.

Автоматические выключатели устанавливаются до магнитного пускателя, чтобы в случае необходимости полностью обесточить систему, как силовую цепь, так и цепь управления (питания катушки).

Вместо автоматических выключателей могут использоваться плавкие вставки или предохранители, но в последнее время такие решения встречаются реже, чем раньше. Это усложняет обслуживание и вызывает необходимость иметь в запасе хотя бы комплект предохранителей.

Выбор магнитного пускателя

Магнитные пускатели выпускаются на определенный номинальный ток, из ряда: 6.3 – 10 – 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 250. Интересно, что линейка номиналов пускателей соотвествует золотому сечению. Еще ему соотвествуют стандартные значения сечения проводов. Подробнее об этом смотрите здесь: Какая связь между сечениями проводов и популяцией кроликов

Схемы магнитных пускателей ПМЛ:

Однако если номинальный ток пускателя соответствует току двигателя, это еще не значит, что их можно использовать в паре. Если такое понятие как категория применения, она характеризует режим работы коммутируемой аппаратуры, частоту и условия коммутации. Иначе говоря – это способность переносить пусковые токи. Пусковые токи асинхронного двигателя могут превышать номинальные и в 10 раз, это зависит от условий пуска, напряжения в сети и прочих факторов.

Категории применения обозначаются: «АС-номеркатегории». Сводная таблица величин и категорий применения для магнитных пускателей расположена ниже.

Из неё нас интересует строка «АС-3 – управления двигателями с короткозамкнутым ротором (пуск, отключение без предварительной остановки)». Из этого очевидно, что коммутационные аппараты с такой категорией созданы для того, что бы включать и отключать электродвигателя. Они выдерживают прямой пуск.

Далее нужно определиться с номинальным током пускателя. Для этого нам нужно знать технические характеристики коммутируемого двигателя, а именно:

cos Ф – коэффициент мощности,

P – мощность двигателя номинальная;

U – рабочее напряжение (коммутируемое);

Тогда номинальный ток пускателя равен:

Для быстрых расчетов иногда применяют другую методику, когда мощность двигателя умножают на 2 и получают номинальный ток (приблизительно).

Далее нужно определить пусковой ток, в справочниках это указывается либо как «k» либо как «Iп/Iн». Это кратность или соотношение пускового тока к номинальному. Показывает, насколько ток в момент пуска превышает номинальную величину.

Пускатель с категорией применения АС-3 может коммутировать ток в 5-7 раз больше чем номинальный, для чего это сказано я покажу при расчетах ниже.

Выбираем пускатель

Допустим, у нас есть асинхронный двигатель с мощностью 2.2 кВт типа 4АМ100L6У3. На его шильдике написано, что кпд 81.0%, коэффициент мощности – 0.73, в интернете я нашел его технические данные, чтобы узнать кратность пускового тока, она оказалась – 5.5

1. Быстрый способ: IН=2.2*2 = 4.4А

2. Сложный способ: IНОМ=2200/(380*0.81*0.73*1.73)=5.6А

Результаты такого расчета дали больший ток.

Теперь считаем пусковой ток: IП=5.6*5.5=30.8А

Подбираем пускатель, с номинальным током более чем 5.6 А, с категорией применения АС-3. В результате обзора рынка, нам подходит пускатель ПМЕ 111 на 10А с тепловым реле.

Выбор автоматического выключателя

Автомат может сработать при пуске или затяжном пуске электродвигателя, когда потребляемый ток значительно превышает максимальный. В автоматическом выключателе за защиту отвечают два узла:

1. Электромагнитный расцепитель. Срабатывает при пиковом токе перегрузке. Этот ток зависит от типа автомата.

2. Тепловой расцепитель. Срабатывает при незначительном но длительном превышении номинального тока.

Номинальный ток двигателя у нас 5.6 А, значит нам нужен автомат не меньше этого значения. Типы автоматов куказывают на доустипое превышение по току в пике:

Виды защитных характеристик автоматических выключателей

Пример выбора автоматического выключателя

Так как у нас пусковой ток в 5.5 раз больше чем номинальный, это значит что нам подходит автомат типа С и D. Например, автоматический разъединитель EZ9F34306 Schneider Easy9, рассчитан на 6 А и его тип C, позволит выдержать пусковые токи до 60 А.

Но такой автомат будет работать на пределе да и реальная уставка по току может быть ниже 5.5, т.к. тип С находится в пределах 5-10, нужен запас по току хотя бы в 20%.

Поэтому лучше установить автоматический выключатель на тот же ток или немного больший, но типа D, например ИЭК 6-8А ВА47-29

Или на ток 10А с типом C, например PL4-C10/3 Moeller / Eaton

Требования к автомату заключаются в том, чтобы он стабильно выдерживал номинальный ток, и его не выбило при пуске. Если планируется режим работы двигателя с частыми включения и выключениями лучше использовать автомат типа D, он менее чувствителен к всплескам тока.

Приниципы выбора других электрических аппаратов:

Эксплуатация и ремонт электрических аппаратов:

Заключение

Автоматический выключатель нужен для защиты питающего кабеля и дополнительной защиты двигателя, в случае затяжного пуска или заклинивания вала, дополнительно лучше использовать тепловую защиту. Магнитный пускатель должен выдерживать как напряжение, так и ток, который он будет коммутировать.

Электродвигатель должен быть исправен, отсутствовать витковые замыкания, а его вал должен свободно вращаться. В случае пуска двигателя под нагрузкой лучше брать коммутационную аппаратуру с запасом до 2-х раз для уменьшения вероятности преждевременного подгорания контактов и ложных срабатываний автоматического выключателя.

Питающий кабель должен соответствовать номинальному току, с учетом пусковых токов, как и способ соединения кабеля (использование гильз, наконечников, клеммников и прочего). Состояние всех соединений должно быть в норме – отсутствовать окислы, нагар и прочие механические дефекты, которые могут уменьшить площадь прилягания контакта.

Источник

САМ себе МАСТЕР

Как подобрать автоматический выключатель для двигателя

Правильный подбор автоматического выключателя для защити электродвигателя имеет огромное значение для оборудования. Надежность работы, защита двигателя от аварийных режимов работы и проводки напрямую зависит от подбора автоматического выключателя.

В этой статье наведем условия выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя. Для того чтобы выбрать автоматический выключатель необходимо знать:

— номинальный ток двигателя;

— кратность пускового тока к номинальному;

— максимально допустимый ток электропроводки.

Номинальный ток двигателя – это ток который имеет электродвигатель во время работы при номинальной мощности. Он указывается на паспорте электродвигателе или берется с таблиц паспортных данных электродвигателей.

Кратность пускового тока к номинальному – это соотношение пускового ток который возникает в электродвигателе во время пуска к номинальному. Он тоже указывается на паспорте электродвигателя или в таблицах электродвигателей.

Максимально допустимый ток электропроводки – это допустимый ток, который может проходить по проводу, кабеля, что подключен к электродвигателю.

Условия для правильного выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя:

— номинальный ток автоматического выключателя должен бить больше или равен номинальному току электродвигателя. Например: ток электродвигателя АИР112М4У2 І_{н. дв.} =11,4А выбираем автоматический выключатель ВА51Г2534 на номинальный ток І_н. = 25А и ток расцепителя І_н..рас. = 12.5А.

После этого проверим автоматический выключатель на не срабатывания при пуске электродвигателя используя условие :

Iу.е.>kзап. · kр.у ·kр.п. ·Iн.дв ·kі

kр.п. — коэффициент, который учитывает возможное отклонение пускового тока от его номинального, kр.п. = 1,2 ;

K і — каталожная кратность пускового тока электродвигателя;

Iу.е = 14 · I_н.рос = 14 · 12,5 = 175А

З таблицы электродвигателей находим K і = 7,0 для электродвигателя АИР112М4У2.

Подставляем в условие и определяем

Условие выполнилось, следовательно, автоматический выключатель не сработает при запуске двигателя.

В этой статье вы узнали как правильно, используя условия выбора правильно подобрать автоматический выключатель для защиты электродвигателя.

Источник

Автоматы защиты двигателей

2021-02-13 Промышленное 11 комментариев

Автоматы защиты двигателей, или по другому мотор-автоматы, предназначены в первую очередь для защиты электродвигателей от перегрева и последствий короткого замыкания, а также могут использоваться в качестве основного или аварийного выключателя. То есть по сути они совмещают в одном корпусе два устройства — автоматический выключатель и тепловое реле.

Ранее, до того как стали повсеместно применяться мотор-автоматы, для защиты двигателей использовались тепловые реле в паре с контактором.

По такой схеме тепловое реле, при превышении двигателем потребляемого тока нагрузки, размыкает цепь катушки контактора, отключая его силовые контакты и таким образом защищая двигатель. Схема рабочая, проверенная, но не лишенная недостатков. В первую очередь к ним стоит отнести неспособность тепловых реле защитить от КЗ, поэтому необходимо дополнительно использовать автоматические выключатели. Да и габариты такой конструкции из контактора и теплового реле получаются достаточно большими.

Поэтому с появлением автоматов защиты двигателей, тепловые реле стали отходить на второй план и на данный момент, их применение довольно ограничено.

Стоит сразу сказать, что по своим характеристикам, автоматы защиты двигателей несколько отличаются от обычных автоматических выключателей. В первую очередь тем, что:

Принцип работы автомата защиты двигателей

Электромагнитный расцепитель выполнен в виде катушки соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник с возвратной пружиной. Под действием электрического тока короткого замыкания сердечник втягивается в катушку, преодолевая сопротивление пружины и воздействует на механизм расцепления, в следствии чего контакты размыкаются.

Принцип работы тепловых расцепителей автомата такой же, как у тепловых реле. Имеется биметаллическая пластина, состоящая из двух пластин, которые сделаны из материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Под воздействием высокой температуры, возникающей в следствии прохождения тока, превышающего номинальный, пластина начинает изгибаться, давить на механизм расцепителя и под действием пружины происходит размыкание контактов, тем самым обесточивается цепь.

Сразу после срабатывания защиты, вновь включить автомат не получится, таким образом обеспечивается выдержка времени для охлаждения двигателя после его аварийного останова.

Уставка срабатывания задается при помощи поворотного регулятора на лицевой части.

Необходимый ток уставки выставляется вращением регулятора до совмещения нужного значения тока на шкале с риской на корпусе.

Схема подключения автомата защиты двигателей

Автоматический выключатель следует устанавливать перед другими аппаратами в цепи. Это позволяет защитить не только сам двигатель, но и например, контактор от повреждения в случае перегрузки или короткого замыкания. Также, как и в случае автоматических выключателей, автомат защиты двигателей можно дополнительно оснастить вспомогательными контактами (контакты состояния, аварийный контакт), которые можно задействовать, например, для индикации состояния.

В случае подключения трехфазной нагрузки схема подключения стандартная и не вызывает вопросов, а вот в случае однофазной нагрузки (стоит отметить, что все мотор автоматы выпускаются только в трехполюсном исполнении), иногда встречаюсь с подключением, когда просто задействуют один силовой контакт автомата защиты. Но такое подключение неправильное, необходимо, как на рисунке ниже слева, задействовать все три контакта.

Кстати, обратите внимание, что автомат защиты двигателя имеет свое условно-графическое обозначение в схемах, отличающееся от обозначения обычных автоматических выключателей. А вот буквенное обозначение у них идентично.

Основные функции защиты

Выбор автомата защиты

В случае прямого запуска, когда двигатель включается в работу с помощью мотор-автомата и контактора, необходимо в первую очередь знать его мощность. Эту информацию можно найти либо в технических характеристиках на двигатель, либо в паспортных данных, которые указаны на шильде.

Следующим шагом подбираем автомат, исходя из номинальной мощности двигателя. У различных фирм-производителей можно найти таблицы характеристик, где указаны номинальный рабочий ток и диапазон регулировки автоматов защиты в зависимости от мощности двигателя. В частности, на рисунке ниже приведена таблица соответствия автоматов защиты двигателей компании Allen Bradley.

И последним этапом выставляем необходимый ток отключения при помощи регулятора диапазона. Обычно указывается, что он должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя. Но желательно, чтобы ток срабатывания защиты превышал на 10-20% номинальный ток двигателя.

То есть в случае, если номинальный ток двигателя составляет например 10 А, умножаем это значение на 1,1. Получаем 11 А. Это значение тока и выставляем регулятором.

И еще хотел сказать пару слов о конструктивном исполнении мотор автоматов. В первую очередь следует отметить, что по способу управления существует два типа автоматов — кнопочные и с поворотным выключателем. Также клеммы могут быть либо винтовые, либо с пружинным контактом ( применяются для двигателей, мощностью до 2 кВт). Можно еще отметить наличие кнопки Тест на лицевой стороне корпуса, позволяющей имитировать срабатывание защиты автомата для проверки его работоспособности.

И в заключении хотел отметить, что эксплуатация двигателей без защитных устройств часто приводит к их выходу из строя, в следствии перегрузки, обрыва фазы, скачков напряжения и т.д. А это в свою очередь приводит к финансовым затратам, простою оборудования. Поэтому автоматы защиты двигателей являются необходимым элементом и не стоит на них экономить, тем более, что цены на них на данный момент вполне приемлемые.

Источник

Выбор автоматического выключателя 0,4кВ: расчет защиты, уставок для сетей и двигателей

Автоматический выключатель выбирается исходя из следующих условий:

1. Соответствие номинального напряжения выключателя Uн к номинальному напряжению сети Uс: Uн, Uс. (6.1)

4. Условие предельной коммутационной стойкости (ПКС): каталожное значение ПКС должно быть не менее максимального значения тока короткого замыкания (Iкз.макс), протекающего в цепи в момент расхождения контактов выключателя: ПКС > Iкз.макс. Это необходимо, чтобы автоматический выключатель смог выдержать токовые перегрузки при коротком замыкании в цепи.

Защита от перегрузки

kв – коэффициент возврата защиты.

Защита считается эффективной, если:

Для выключателей с тепловым и электромагнитным (комбинированным) расцепителем условие (6.5) обеспечивается автоматически при выборе номинального тока расцепителя по условию (6.2). Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий Iн.расц = Iдн. В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле kв = 1, ток срабатывания защиты от перегрузки составит:

Токовая отсечка (для АВ с двухступенчатой ВТХ)

Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времени пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Несрабатывание отсечки при пуске двигателя обеспечивается выбором токовой отсечки по выражению:

где kн.пуск = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового тока электродвигателя;

1,05 – коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электродвигателя;

kз – коэффициент запаса;

kа – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя;

kр – коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.

Мгновенная токовая отсечка (для АВ с трехступенчатой ВТХ)

Для выключателей с трехступенчатой защитной характеристикой мгновенную отсечку выключателя отстраивают от пикового значения пускового тока электродвигателя:

Кроме того, токовая отсечка должна надежно защищать электродвигатель от минимального тока КЗ при повреждении в конце кабельной линии: где (1)

к.R I – минимальный ток однофазного КЗ в конце кабеля, вычисленный с учетом токоограничивающего действия дуги в месте повреждения.

Выбор уставок автоматических выключателей питания сборок и щитов

Выбор тока срабатывания отсечки выполняется по приводимым ниже условиям, из которых принимается наибольшее полученное значение. Соответствие данным условиям позволяет обеспечить селективную работу автоматических выключателей в разных частях электрический цепи.

1) Несрабатывание при максимальном рабочем токе Iраб.макс с учетом его увеличения в kсзп раз при самозапуске электродвигателей:

где kн = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска.

Ток самозапуска Iсзп = kсзп· Iраб.макс определяется из расчетов самозапуска. При этом без ущерба для точности расчетов допускается считать, что электродвигатели запускаются из состояния покоя.

При отсутствии данных расчетов самозапуска, для отдельных сборок Iсзп принимается приближенно равным сумме пусковых токов электродвигателей и другой нагрузки сборки, участвующих в самозапуске:

где kil – кратность пускового тока l-ого двигателя с номинальным током Iднl.

С другой стороны, в соответствии с источником [11]:

где Iдн – суммарный номинальный ток электродвигателей;

ki – усредненное значение кратности пусковых токов электродвигателей.

Также существует третий способ расчета Iсзп:

где kii – кратность пускового тока i-ого двигателя номинальной мощностью Рднi.

Ввиду того, что среди прочих проверок отстройка от тока самозапуска имеет, как правило, определяющее значение, предпочтение следует отдать расчетам самозапуска с помощью ЭВМ.

2) Несрабатывание при полной нагрузке щита (сборки) и пуске наиболее мощного электродвигателя:

где kн – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска;

раб макс i I – сумма максимальных рабочих токов электроприемников, питающихся от щита или сборки, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.

Выбор автоматических выключателей для защиты одиночных асинхронных электродвигателей

Применение изложенной методики продемонстрируем на примере защиты асинхронных электродвигателей 0,4 кВ энергоблока 63 МВт газомазутной ТЭЦ автоматическими выключателями Compact NS с электронными расцепителями. Электродвигатели и их параметры перечислены в табл.6.1.

На основании условий (6.1), (6.2) и (6.4) подберем автоматические выключатели и расцепители, результаты представим в табл.6.1.

Так как рассматриваются автоматические выключатели зарубежного производства, для описания их параметров перейдем к обозначениям МЭК:

• номинальный ток автоматического выключателя – Iн = In;

• номинальное напряжение автоматического выключателя Uн = Un;

• номинальный ток расцепителя – Iн.расц = Ir;

• предельная коммутационная способность ПКС = Icu;

• пусковой ток электродвигателя Iпуск = Ia;

• пиковое значение пускового тока электродвигателя Iпуск.max = Iр.

Переход к другим обозначениям обусловлен спецификой наименования параметров АВ и расцепителей, ориентированной на зарубежную нормативно-техническую документацию.

Более подробно о характеристиках автоматических выключателей можно почитать в нашей статье.

Источник