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:

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

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.

Источник

Как выбрать магнитный пускатель и автоматический выключатель для асинхронного двигателя

На примерах рассмотрен принцип выбора магнитного пускателя для управления электродвигателем и автоматического выключателя для его защиты от токов короткого замыкания и перегрузки.

Содержание статьи

Для пуска, реверсирования, принудительной остановки противотоком асинхронных электродвигателей электрики используются контакторы и магнитные пускатели. От правильности выбора коммутационной аппаратуры зависит, как и безотказность системы в целом, так и электробезопасность обслуживающего персонала.

Выбор пускателя и избыточным коммутируемым током ведет к большим финансовым затратам, при его коммутации слышны шлепки большей громкости, чем те что издают маленькие пускатели.

Недостаточные по коммутируемой мощности пускатели долго не прослужат, будут греться, и подгорать клеммники и контакты. В результате переходное сопротивление контакта будет расти до тех пор, пока контакт не исчезнет полностью, что приведет к преждевременной замене аппарата.

Автоматические выключатели также должны быть правильно подобраны, особенно при тяжелом пуске двигателя. Слишком чувствительный автомат будет выбивать при пуске, а если он наоборот взят с излишним запасом по току, то в аварийной ситуации может и не отреагировать, что приведет к повреждению кабеля, обмотки двигателя вплоть до возгорания.

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

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

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:

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:

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

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки, то есть от повреждений, вызываемых длительным протеканием тока превышающего номинальный, нужно использовать тепловые и электромагнитные (комбинированные) расцепители. Номинальный ток теплового расцепителя определяется по формуле [Л1. с 109]:

Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания защиты от перегрузки автоматических выключателей

Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:

Время срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия, что защита не будет срабатывать при пуске и самозапуске двигателя [Л1. с 112]:

Продолжительность пуска для двигателей с тяжёлыми условиями пуска, составляет более 5 – 10 сек, например для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых мельниц и т.д и для двигателей с лёгкими условиями пуска равным 0,5 – 2 с, например для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Данную проверку нужно выполнять, если для отключения однофазных КЗ используется защита от перегрузки. В настоящее время ПУЭ 7-издание п. 1.7.79 предъявляет требования, чтобы время отключение выключателя тока однофазного КЗ не превышало 0,4 с.

1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

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

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