Как выбрать защиту для электродвигателя?

В электродвигателе, как и в многих других электротехнических устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.

Наибольшее распространение получили асинхронные электродвигатели. Можно выделить 5 основных видов аварий в асинхронных двигателях:

• обрыв фазы ОФ статорной обмотки двигателя (вероятность возникновения 40-50%);
• заторможение ротора ЗР (20-25%);
• технологические перегрузки ТП (8-10%);
• понижение сопротивления изоляции обмотки ПС (10-15%);
• нарушение охлаждения двигателя НО (8-10%).

Любой из этих видов аварий может повлечь выход из строя электродвигателя, а короткое замыкание в двигателе, опасно для питающей сети.

Такие аварийные режимы как ОФ, ЗР, ТП и НО, способны вызвать перегрузку по току в статорной обмотке. В результате этого ток возрастает до 7 Iном и более в течение довольно большого промежутка времени.

Короткое замыкание в электродвигателе  может привести к росту тока более чем в 12 Iном в течение очень короткого отрезка времени (около 10 мс).

Учитывая возможные повреждения, и подбирают требуемую защиту.

Защита двигателя от перегрузки. Основные типы.

Тепловая  защита –  осуществляется путем нагрева током  обмотки нагревательного элемента и воздействия его на биметаллическую пластину, которая в свою очередь размыкает контакт в цепи управления контактора или пускателя. Тепловая защита осуществляется  с  помощь  тепловых реле.

Температурная защита — реагирует на увеличение  температуры  наиболее  нагретых  частей  двигателя  с  помощью  встроенных  температурных датчиков (например, позисторов). Через устройства температурной защиты (УВТЗ) воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.

Максимально токовая защита – реагирует на рост тока в статорной обмотке и при его достижении тока уставки отключат цепь управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью максимально токовых реле.

Минимально токовая защита — реагирует на исчезновение тока в статорной обмотке двигателя, например, при обрыве цепи. После чего, подается сигнал на отключение цепи управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью минимально токовых реле.

Фазочувствительная  защита –  реагирует  на  изменение  угла  сдвига  фаз  между  токами  в трехфазной цепи  статорной  обмотки двигателя. При изменении угла  сдвига фаз  в пределах уставки (например, при обрыве фаз угол увеличивается до 180º) подается сигнал на отключение  цепи  управления  контактора  или  пускателя. Осуществляется  с  помощью  фазочувствительных реле типа ФУЗ.

Таблица эффективности применения защит от перегрузки:

Одним из эффективных средств защиты двигателя является автоматический выключатель.

Автоматический  выключатель,  обладая максимально  токовой  защитой, что позволит защитить  двигатель от чрезмерного роста тока в цепи статорной обмотки, например при обрыве фазы, или повреждении изоляции. При этом он защитит питающую цепь от короткого замыкания в двигателе.

Автоматический  выключатель,  имеющий в своем составе  тепловой расцепитель, расцепитель минимального напряжения, способен защитить двигатель и от других нештатных режимов.

В настоящее время, это одно из наиболее эффективных защитных устройств асинхронных двигателей и цепей, в которых они работают.

Общие правила выбора защиты асинхронных двигателей.

Все двигатели необходимо защищать от короткого замыкания, а электродвигатели, работающие в режиме S1, должны иметь защиту от перегрузки по току.

Электродвигатели, обмотки которых при запуске переключаются с «треугольника» на «звезду», желательно  защищать трехполюсными тепловыми реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах. Для электродвигателей, работающих в повторно-кратковременных режимах, рекомендуется предусматривать  встроенную  температурную  защиту. Двигатели,  работающие  в  кратковременном режиме S2 с возможным заторможением ротора без технологического ущерба, следует оснащать тепловой защитой. В случае, если заторможение ротора влечет за собой технологический ущерб, следует применять температурную защиту.

Тепловые реле предназначены в основном для защиты двигателей в режиме S1. Допустимо  применение  их  и для  режима  S2,  если  исключено  увеличение  длительности  рабочего  периода. Для  режима  S3  применение  тепловых  реле  допускается  в  исключительных  случаях при коэффициенте загрузки двигателя не более 0,7.

Для защиты обмоток электродвигателя, соединенных в «звезду», могут применяться однополюсные  реле (два  реле),  двухполюсные  и  трехполюсные  реле.  Защита  обмоток,  соединенных  в «треугольник», должна осуществляться трехполюсными реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах.

На многоскоростные двигатели нужно предусматривать отдельные реле на каждой ступени скорости при необходимости полного использования мощности на каждой ступени или одно реле с уставкой,  выбранной  по  току  ступени  наибольшей  скорости  для  двигателей  с  вентиляторной нагрузкой.

Номинальный ток тепловых элементов реле должен выбираться по номинальному току двигателя так, чтобы номинальный  ток двигателя находился между минимальной и максимальной уставками реле по току.

На электротехническом рынке можно найти и другие специализированные устройства защиты электродвигателей, разумеется, цена у них будет значительно отличаться от автоматических выключателей. У себя в проектах я применяю лишь автоматы, контакторы с тепловым реле, устройства плавного пуска и частотные преобразователи, которые имеют встроенную защиту электродвигателей.