Автоматы защиты двигателей

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:

1. Учитываются время-токовые характеристики. При запуске двигателя пусковой ток может значительно превышать номинальный ток двигателя. Если точнее, то пусковой ток можно рассчитать, зная номинальный ток двигателя и величину кратности пускового тока Кп ( коэффициент кратности пускового тока к номинальному значению — Iпуск/Iном). Данная характеристика указывается в технических характеристиках, на шильде двигателя она отсутствует. I пуск = Iн х Кп. Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока 6, пусковой ток будет составлять 120 А. При таком токе обычный автоматический выключатель с время-токовой характеристикой B (ток отключения электромагнитной защиты от 3·In до 5·In, где In — номинальный ток) или С (от 5·In до 10·In) может отключится по электромагнитной защите. Автоматы защиты двигателей имеют уставку срабатывания электромагнитного расцепителя в зависимости от номинала, составляющую от 7,5 до 17,5 In.
2. Все мотор-автоматы имеют температурную компенсацию (примерно от -25 до +60 °C) для того, чтобы исключить влияние внешней температуры на работу автомата, так как при изменении окружающей температуры может изменятся уставка теплового расцепителя, что может в свою очередь привести к ложным срабатываниям.
3. Предельная отключающая способность (максимальный ток КЗ, при котором аппарат способен отключить нагрузку) автоматов защиты двигателя значительно выше (25-100кА), чем у стандартных автоматических выключателей — 4,5 — 6кА.
4. Регулируемая настройка теплового расцепителя, в зависимости от номинала двигателя.

Автоматические выключатели для защиты электродвигателей

Хит СПЕЦЦЕНА
Хит СПЕЦЦЕНА
Хит СПЕЦЦЕНА
Хит СПЕЦЦЕНА

• Назад
• 1

Автоматы защиты электродвигателей

Частая причина выхода из строя двигателя – пропадание (обрыв) фазы: двигатель работает в несимметричном режиме, обмотки двигателя потребляют повышенный ток и перегреваются. Перегрев приводит к нарушению изоляции, межвитковым замыканиям и повреждению обмоток электродвигателя.

Автоматические выключатели, как и тепловые реле, предназначены для защиты электродвигателей от перегрузки. Кроме того, выключатели обеспечивают отключение двигателя при токах короткого замыкания или обрыве фазы.

В схеме управления и защит автоматы для защиты двигателей устанавливаются перед контактором (пускателем). При редких включениях — отключениях допустимо использовать аппарат как пусковое устройство.

Диапазон защиты

Наш складской ассортимент выключателей на токи от 0,1 до 65 ампер позволяет защитить асинхронные электродвигатели мощностью от 0,03 кВт до 30 кВт, а регулируемый тепловой расцепитель сделает защиту точной и надёжной.

Предлагаемые бренды и серии

Компания Локальные Системы предлагает автоматический выключатели и тепловые реле следующих производителей:

• EATON серий PKZM (0,1 А…63 А) и Z-MS (0,25 А…40 А)
• ABB серии MS (0,1 А…65 А)
• LOVATO серии LMR (0,1 А…32 А), распродажа
• ALLEN BRADLEY серии 140 (0,16 А…160 А), распродажа

Аксессуары

В зависимости от задач и условий эксплуатации автоматические выключатели комплектуются необходимыми аксессуарами:

Как продлить жизнь автоматическому выключателю

Запомните два совета:

• Не перегружайте защищаемую линию током выше номинального.
• Не выключайте автомат под нагрузкой.

Если с первым советом всё понятно, то второй немного сложнее. Когда через контакты протекает ток и вы собираетесь их разъединить возникает дуга. Это происходит по причине истинности законов коммутации: “Ток в индуктивности не может прекратится моментально”.

Даже если нагрузка активная, например обогреватель, кабеля имеют свою паразитную индуктивность. Еще более опасно размыкать автоматический выключатель, если к нему подключена нагрузка типа электродвигателей или осветительных сетей с большим количеством дросселей (ДРЛ, ДНат, ЛЛ) — индуктивность еще большая, дуга тоже. Отсюда дефекты контактов, их обугливание, ускоренный износ и залипание.

Мы ознакомились с тем, какой дефект чем вызван. Автоматические выключатели служат довольно долго, если работают в пределах номинальных условий. Ремонту современные автоматы не подлежат, поэтому мы не рекомендуем разбирать их, лучше замените, на качественный аналог, например Moeller или ABB. Для бытовых приборов и активной нагрузки используйте автоматы с буквой B, для подключения нагрузки со значительными пусковыми токами (двигателя) лучше подойдут аппараты с буквой D, а цифра после буквы обозначает величину допустимого тока. Не допускайте подключения окисленных проводов и всегда затягивайте клеммы. Придерживаясь данных советов, неисправности автоматических выключателей буду возникать гораздо реже, и вам не придется беспокоиться за безопасность эксплуатации проводки в квартире либо доме.

Практический расчет защиты электродвигателей

На практике применяют поправочный коэффициент надежности K_н, который для автоматов с I_n<100A равен 1,4, а для I_n>100A принимают K_н=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие I_мгн.ср ≥ K_н * I_пуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя I_AB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (I_n). Необходимое условие: I_AB > I_n/К_т, где К_т = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе К_т=1.

Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; I_пуск/ I_n = 7. Вначале нужно рассчитать I_n­ = Р_n/(U_n*√3*η*cosφ) = 5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, К_т = 0,85, значит I_n/К_т = 12,28/0,85 = 14,44 (А). Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).

При расчетах понадобится калькулятор

Теперь нужно проверить условие I_мгн.ср ≥ K_н * I_пуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при I_мгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток I_пуск= I_n*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на K_н (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно. Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.

Конструкция автоматических выключателей

Автоматический выключатель состоит из корпуса, контактов с дугогасительной системой, привода, механизма свободного расцепления, расцепителей, вспомогательных контактов.

Основными элементами, при срабатывании которых автоматический выключатель отключается мгновенно или с выдержкой времени, являются расцепители. Автомат может иметь один или несколько расцепителей.

Расцепители могут быть: электромагнитные мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность действия; тепловые (биметаллические); электронные максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока времени срабатывания или с зависимой от тока выдержкой времени. минимального напряжения и независимые.

Интересное видео об автоматах смотрите ниже:

Различные виды расцепителей, условно показанные для одного автоматического выключателя, представлены на рис. 2.5. Тепловой или электронный расцепитель максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени осуществляют защиту от перегрузки цепи Тепловые расцепители (рис. 2.5, а) срабатывают за счет изгибания биметаллической пластины 2, получающей теплоту от нагревателя 3, присоединенного к сети через шунт 4, и воздействующей на отключающий механизм автоматического выключателя.

Защитная характеристика теплового расцепителя подобна предохранительной.

Электромагнитный или электронный расцепитель максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока временем срабатывания осуществляют защиту от токов КЗ, превышающих 6… 10-кратные значения номинального тока электрической цепи. Вид защиты с таким расцепителем иногда называют отсечкой. Электромагнитный расцепитель (рис. 2.5, б) состоит из катушки 4 и сердечника 5. Когда по катушке протекает ток КЗ, сердечник создает механическое усилие, что приводит к отключению автоматического выключателя. Ток срабатывания расцепителя максимального тока можно регулировать. Расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени, зависимой или независимой от тока.

Рис 2 5. Виды расцепителей автоматических выключателей

Расцепитель минимального напряжения (рис. 2.5, в) состоит из катушки 4 с сердечником 5 и пружины 6 и срабатывает при снижении напряжения в цепи до (0,35…0,7) UНом. Такие расцепители применяют для защиты электродвигателей, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Независимый расцепитель (рис. 2.5, г) служит для дистанционного отключения автоматического выключателя кнопкой 7 и для автоматического отключения цепи при срабатывании внешних защитных устройств.

Как правильно выбрать автомат смотрите в видео ниже:

Как устроен автоматический выключатель — основные рабочие органы автомата

Если разобрать корпус (для чего необходимо высверлить соединяющие его половинки заклепки), то можно увидеть устройство автоматического выключателя и получить доступ ко всем его компонентам. Рассмотрим наиболее важные из них, которые обеспечивают нормальное функционирование устройства.

1. 1. Верхняя клемма для подключения;
2. 2. Неподвижный силовой контакт;
3. 3. Подвижный силовой контакт;
4. 4. Дугогасительная камера;
5. 5. Гибкий проводник;
6. 6. Электромагнитный расцепитель (катушка с сердечником);
7. 7. Ручка для управления;
8. 8. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);
9. 9. Винт для регулировки теплового расцепителя;
10. 10. Нижняя клемма для подключения;
11. 11. Отверстие для выхода газов (которые образовываются при горении дуги).

Электромагнитный расцепитель

Функциональное назначение электромагнитного расцепителя — обеспечение практически мгновенного срабатывания автоматического выключателя при возникновении в защищаемой цепи короткого замыкания. В этой ситуации в электрических цепях возникают токи, величина которых в тысячи раз превышают номинальное значение этого параметра.

Время срабатывания автомата определяется по его времятоковым характеристикам (зависимость времени срабатывания автомата от величины тока), которые обозначаются индексами А, В или C (наиболее распространенные).

Тип характеристики обозначен в параметре номинального тока на корпусе автомата, например, С16. Для приведенных характеристик время срабатывания находится в пределах от сотых до тысячных долей секунды.

Конструкция электромагнитного расцепителя представляет собой соленоид с подпружиненным сердечником, который связан с подвижным силовым контактом.

Электрически катушка соленоида включена последовательно в цепочку, состоящую из силовых контактов и теплового расцепителя. При включенном автомате и номинальном значении тока, через катушку соленоида протекает ток, однако, величина магнитного потока мала для втягивания сердечника. Силовые контакты замкнуты и это обеспечивает нормальное функционирование защищаемой установки.

При коротком замыкании резкое увеличение тока в соленоиде приводит к пропорциональному увеличению магнитного потока, способного преодолеть действие пружины и переместить сердечник и связанный с ним подвижный контакт. Перемещение сердечника вызывает размыкание силовых контактов и обесточивание защищаемой линии.

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель выполняет функцию защиты при небольшом, но действующим в течении относительно длительного промежутка времени, превышении допустимого значения тока.

Тепловой расцепитель – расцепитель замедленного действия, он не реагирует на кратковременные броски тока. Время срабатывания этого вида защиты регламентируется также время-токовыми характеристиками.

Инерционность теплового расцепителя позволяет реализовать функцию защиты сети от перегрузки. Конструктивно тепловой расцепитель представляет консольно закрепленную в корпусе биметаллическую пластину, свободный конец которой через рычаг взаимодействует с механизмом расцепления.

Электрически биметаллическая пластина включена последовательно с катушкой электромагнитного расцепителя. При включенном автомате в последовательной цепочке протекает ток, нагревая биметаллическую пластину. Это приводит к перемещению ее свободного конца в непосредственную близость к рычагу механизма расцепления.

При достижении значений тока, указанных во временно-токовых характеристиках и по истечении определенного времени пластина нагреваясь изгибается, контактирует с рычагом. Последний через механизм расцепления размыкает силовые контакты — сеть оказывается защищенной от перегрузки.

Регулировка тока срабатывания теплового расцепителя с помощью винта 9 производится в процессе сборки. Так как большинство автоматов модульные и их механизмы запаяны в корпусе простому электрику нет возможности произвести такую регулировку.

Силовые контакты и дугогасительная камера

Размыкание силовых контактов при протекании через них тока приводит к возникновению электрической дуги. Мощность дуги обычно пропорциональна току в коммутируемой цепи. Чем мощнее дуга, тем сильнее она разрушает силовые контакты, повреждает пластмассовые детали корпуса.

В устройстве автоматического выключателя дугогасительная камера ограничивает действие электрической дуги в локальном объеме. Она располагается в зоне силовых контактов и выполнена из покрытых медью параллельных пластин.

В камере дуга распадается на мелкие части, попадая на пластины, остывает и прекращает свое существование. Выделяющиеся при горении дуги газы выводятся через отверстия в дне камеры и корпусе автомата.

Устройство автоматического выключателя и конструкция дугогасительной камеры обуславливают подключение питания на верхние неподвижные силовые контакты.