Пристрої захисту електродвигуна

Струмозалежні захисні пристрої мають різний принцип дії і несуть в собі різні функції, спрямовані на захист електродвигуна.

Запобіжники

Запобіжники призначені для захисту електричних мереж від перевантажень і коротких замикань. Конструктивно вони складаються з корпусу з електроізоляційного матеріалу і плавкої вставки, що обирається з таким розрахунком, щоб вона плавилася перш ніж температура двигуна досягне небезпечних меж в результаті протікання струмів перевантаження або короткого замикання. Вмикаються запобіжники послідовно в мережі, що захищається. Запобіжники здатні захистити асинхронні електродвигуни (далі за текстом АД) тільки від струмів короткого замикання, що в 10-100 разів перевищують номінальні струми. Струми перевантаження або інші струмові аварії, вони будуть сприймати як пускові струми, не реагуючи на них. У кращому випадку, вони здатні відключити електродвигун тільки через кілька хвилин, що може призвести до перегріву обмоток і до аварії АД. Тому, для захисту електродвигунів від короткого замикання, в ньому самому або в кабелі, що підводять використовують запобіжники з плавкою вставкою типу аМ з більш пологою струмочасовою характеристикою. Вони здатні витримувати, не розплавляючись, струми, що в 5-10 разів перевищують номінальні протягом 10 с, що цілком достатньо для запуску двигуна. Для захисту від перевантаження необхідно використовувати інші пристрої. Запобіжники абсолютно не здатні захищати від аварій, пов'язаних з аваріями напруги в мережі, від аварій, пов'язаних з порушенням режимів роботи АД або тепловим перевантаженням, а також від режиму холостого ходу двигуна. У той же час, при однофазному короткому замиканні, а іноді при сильному перекосі фаз вони, як правило, відключають тільки одну фазу, що призводить до аварійного режиму роботи на двох фазах.

Автоматичні вимикачі (автомати)

Автоматичні вимикачі (автомати) призначені для вмикання і вимикання асинхронних електродвигунів та інших приймачів електроенергії, а також для захисту їх від струмів перевантаження і короткого замикання. Автомати поєднують в собі функцію рубильника, запобіжника і теплового реле. Забезпечують одночасне відключення усіх трьох фаз у разі виникнення аварійних ситуацій. У робочому режимі вмикання і вимикання проводиться вручну; в аварійному режимі він відключається автоматично електромагнітним або тепловим розчіплювачем. Важливою складовою частиною автомата є розчіплювач, який контролює заданий параметр мережі, що захищається і впливає на пристрій, що відключає автомат. Найбільшого поширення набули розчіплювачі наступних типів:

• електромагнітні, для захисту від струмів короткого замикання;
• теплові для захисту від перевантажень;
• комбіновані.

Електромагнітний розчіплювач складається з котушки з рухомим сердечником і поворотною пружиною. При протіканні по котушці струму короткого замикання сердечник миттєво втягується і впливає на рейку відключення механізму вільного розчеплення.

Тепловий розчіплювач являє собою біметалічну пластину, що з'єднана послідовно з контактом. При нагріванні її струмом перевантаження, вона згинається і впливає на рейку відключення механізму вільного розчеплення з обернено-залежною витримкою часу.

Вибір автоматичних вимикачів проводиться за номінальним струмом, характеристикою спрацьовування, здібністю вимикання, умовами монтажу та експлуатації. Правильний вибір характеристики автоматичного вимикача є запорукою його своєчасного спрацьовування.

У відповідності зі стандартами IEC 898 (стандарт міжнародної електротехнічної комісії) і EN 60898 (європейська норма) за характеристиками спрацьовування вимикачі бувають трьох типів: B, C, D.

Тип B - величина струму спрацьовування магнітного розчіплювача дорівнює Iв = KIн, при K = 3-6 (K = I / Iн - кратність струму до номінального значення). Побутове застосування, де струм навантаження невисокий і струм к. з. може потрапити в зону роботи теплового, а не електромагнітного розчіплювача.

Тип C - величина струму спрацьовування магнітного розчіплювача Iс = KIн, при K = 5-10. Побутове і промислове застосування: для двигунів з часом пуску до 1 сек, навантаженням з малими індуктивними струмами (холодильних машин і кондиціонерів).

Тип D - величина струму спрацьовування магнітного розчіплювача Id = KIн більш 10Iн. Застосування для потужних двигунів з тривалим часом пуску.

Щоб обрати автоматичного вимикача по здатності до віключення необхідно виконати розрахунок очікуваного струму короткого замикання. Як показує практика, для більшості типів мереж його значення не перевищує 4,5 кА. Для забезпечення контролю за іншими видами аварій автоматичні вимикачі забезпечують цілим рядом додаткових пристроїв. Розчіплювач мінімальної напруги вимикає автомат за неприпустимого зниження напруги, нижче 0,7Uн, розчіплювач нульової напруги спрацьовує при напрузі в мережі менше 0,35Uн, де Uн - номінальна напруга в мережі. Незалежний розчіплювач призначений для дистанційного відключення автоматичного вимикача, електромагнітний привід для дистанційного оперування вимикачем. Розчіплювач струмів витоку на землю забезпечує безперервний контроль за станом ізоляції установки, захист від небезпеки спалаху або вибуху.

Теплові реле (розчіплювач)

Теплові реле застосовуються для захисту електродвигунів від перевантажень неприпустимої тривалості, а також від обриву однієї з фаз. Конструктивно являють собою набір біметалевих розчіплювачів (по одному на кожну фазу), по яких протікає струм електродвигуна, який надає теплову дію. Під дією тепла відбувається вигин біметалевої  пластини, що приводить у дію механізм розчеплення. При цьому відбувається зміна стану допоміжних контактів, які використовуються в ланцюгах управління і сигналізації. Реле забезпечуються біметалевим температурним компенсатором із зворотним прогином по відношенню до біметалевої пластини для компенсації залежно від температури навколишнього середовища, володіють можливістю ручного або автоматичного взводу (повернення). Реле має шкалу, калібровану в амперах. У відповідності до міжнародних стандартів шкала повинна відповідати значенню номінального струму двигуна, а не струму спрацьовування. Струм неспрацьовування реле становить 1,05 I ном. При перевантаженні електродвигуна на 20% (1,2 I ном), відбудеться його спрацьовування відповідно до струмочасової характеристики.

Реле, залежно від конструкції, можуть монтуватися безпосередньо на магнітні пускачі, на корпуси пускачів або на щити. Правильно підібрані теплові реле захищають двигун не тільки від перевантаження, а й від заклинювання ротора, перекосу фаз і від заклинювання пуску.

Недоліком теплових реле є те, що важко підібрати реле з наявних так, щоб струм теплового елемента відповідав струму електродвигуна. Крім того, реле вимагають захисту від короткого замикання, тому в схемах повинні бути передбачені запобіжники або автомати. Теплові реле не здатні захистити двигун від перегріву двигуна в режимі холостого ходу або недовантаження. Оскільки теплові процеси, що відбуваються в біметалі, мають досить інерційний характер, реле погано захищає від перевантаження, пов'язаного з швидкоперемінними  навантаженням на валу електродвигуна. Якщо нагрів обмоток обумовлений несправністю вентилятора (погнуті лопасті або прослизання на валу), забрудненням оребреної поверхні двигуна, то теплове реле теж виявиться безсилим, бо струм, що Споживається не зростає або зростає зовсім трохи. У таких випадках, тільки вбудований тепловий захист здатен виявити небезпечне підвищення температури і вчасно відключити двигун.

Таблиця вибору теплового реле типу РТЛ (для пускачів типу ПМЛ)

Таблиця вибору теплового реле
Номінальний струм пускача, А	Тип реле	Діапазон регулювання струму неспрацьовування, А	Потужність ел.двигуна кВт, 380В
10	РТЛ-1007РТЛ-1008РТЛ-1010РТЛ-1012РТЛ-1014	1,5 … 2,62,4 … 4 3,8,0 … 6,05,5 … 8,07,0 … 10,0	0,751,52,234
25	РТЛ-1016РТЛ-1021РТЛ-1022	9,5 … 1413 … 1918 … 25	5,57,511
40	РТЛ-2053РТЛ-2055	23 … 3230 … 41	1518,5
63	РТЛ-2057РТЛ-2059 РТЛ-2061	38 … 5247 … 6454 … 74	222530

Нереверсивна схема підключення двигуна через магнітний пускач з котушкою 380В.

Схема складається:
з QF - автоматичного вимикача; KM1 - магнітного пускача; P - теплового реле; M - асинхронного двигуна; ПР - запобіжника; кнопки управління (С-стоп, Пуск).

Розглянемо роботу схеми в динаміці. Вмикаємо харчування QF - автоматичним вимикачем, натискаємо кнопку «Пуск», яка своїм нормально розімкненим контактом подає напругу на котушку КМ1 - магнітного пускача. КМ1 - магнітний пускач спрацьовує і своїми нормально роз'єднаними, силовими контактами подає напругу на двигун. Для того щоб не утримувати кнопку «Пуск», щоб двигун працював, потрібно її зашунтувати, нормально розімкненим блок контактом КМ1 - магнітного пускача. При спрацьовуванні пускача блок контакт замикається і можна відпустити кнопку «Пуск», ток побіжить через блок контакт на КМ1- котушку.

Вимикаємо двигун, натискаємо кнопу «С - стоп», нормально замкнутий контакт розмикається і припиняється подача напруги до КМ1-котушки, сердечник пускача під дією пружин повертається у вихідне положення, відповідно контакти повертаються в нормальний стан, вимикаючи двигун. При спрацьовуванні теплового реле - «Р», розмикається нормально замкнутий контакт «Р», відключення відбувається аналогічно.