Защита асинхронных двигателей. Тепловые реле.

Сообщение **slavapril** » 15 май, 2012 15:12

Сага о двигателях. Часть третья. Тепловые реле.
Продолжение темы о защите 3-х фазных двигателей.

Предыдущие темы:
Защита асинхронных двигателей. Плавкие вставки.
Защита асинхронных двигателей. Максимальные токовые реле.

Защита асинхронных двигателей. Тепловые реле. - t_grafik.jpg

Другой вид защиты 3-х фазных двигателей – это применение тепловых реле. И если токовые реле любят применять, в основном, в двигателях повторно-кратковременного режима или с меняющейся нагрузкой на валу, а также в двигателях свыше 100кВт, то излюбленное место применения тепловых реле – это двигатели длительного режима работы. Обусловлено это тем, что для эффективной тепловой защиты процессы нагревания и охлаждения нагревательного элемента реле, а также и самого двигателя должны изменяться синхронно. Получить такой результат можно, в основном, при длительном режиме работы двигателя и его относительно стабильной нагрузке.

Основные параметры теплового реле:
Uн.р – напряжение сети, в котором следует применять реле
Iн.р – наибольший ток реле, который не вызывает его отключения. Если реле со сменными нагревателями, то учитывается
Iн.нагр – наибольшая величина тока через нагреватель, при котором не вызывается срабатывание реле.
Iн.уст – наибольшая величина тока, выставленная при настройке реле, когда не вызывается его срабатывание.
Наиболее часто используемые реле – это ТРН, ТРП, РТТ, РТЛ и др.

Информации о них на просторах интернета много, поэтому хотя бы скупо о парочке из них, которые часто встречаются в схемах оборудования с двигателями малой и средней мощности.
Реле типа ТРП является однополюсным. Рабочее напряжение до 500В. Возможно их применение при токах в диапазоне 1…600А с возможностью регулировки в пределах плюс-минус 25% от Iн.р. В настоящее время есть варианты с ручным возвратом и автовозвратом. Реле данного типа калибруются при температуре +40градусов.

Реле ТРН 2-х полюсные. Выпускаются на токи 0,32…40А с регулятором тока уставки, имеет температурную компенсацию. Калибруются при температуре +20градусов. В среднем, ток уставки должен быть выставлен при расчетах на +3% на каждые 10градусов тепла отличных от калибровочной температуры +20градусов. В любом случае надо заглянуть в его паспортные данные.

Необходимо помнить, что ввиду своей инерционности тепловые реле не смогут обеспечить оперативного отключения электродвигателя при коротких замыканиях. Более того, могут и сами при таких обстоятельствах выйти из строя. Поэтому для эффективной защиты электродвигателя тепловые реле необходимо применять в комплексе с другими видами защиты, т.е. применять плавкие вставки и/или использовать максимальную токовую защиту. В любом случае защита выбирается с учетом экономических и технических соображений. При расчетах необходимо ориентироваться на тепловую характеристику реле. График такой характеристики представляет из себя две нисходящие экспоненты. Нижняя – это время срабатывания предварительно нагретого теплового реле в зависимости от тока через него. Верхняя - это время срабатывания теплового реле, находящегося в холодном состоянии, в зависимости от тока через него. Для разных типов реле производитель приводит свою характеристику, ибо они немного рознятся.

На практике разница между срабатыванием реле в теплом состоянии и холодном выглядит следующим образом. Если реле настроено таким образом, что при работающем двигателе ее нагревательные элементы при прохождении рабочего тока находятся в относительно холодном состоянии или производится первичный запуск ранее стоявшего двигателя, то, скажем, при 3-х кратном превышении тока через холодное реле оно отключится через 100с. Если при работе двигателя его элементы нормально находятся в теплом состоянии, то через 100с оно сработает уже при 2-х кратном превышении тока. И если после срабатывания неостывшего реле его удастся через некоторое время снова включить, то при пуске двигателя оно может просто-напросто снова сработать из-за пускового тока (даже при исправном двигателе) по причине неостывших до необходимого холодного состояния его нагревательных элементов. Все цифры приведены для примера, ибо всё настраивается в зависимости от необходимых технических требований и расчетов и зависит время-токовой характеристики реле.

Выбирается реле по интуитивно понятному условию – его номинальный ток должен выдерживать номинальный ток двигателя:
Iн.р>= Iн.нагр = Iн.дв. (1)
В точных расчетах еще учитывают тот факт, что при температуре окружающей среды больше 35градусов допустимая нагрузка двигателя снижается и его расчетный номинальный ток уменьшается около 1% на каждый градус превышения этой температуры, и наоборот. Тогда при температуре выше 35градусов
I’н.дв = Iн.дв*[1 – (tокр –35)/100] (2)
Необходимо учитывать, что если окружающая температура не является нормальной для выбранного теплового реле, то номинальный ток реле или нагревателя берется из условия
Iн.нагр = Iн.дв /[(1 – 2/100)*(tокр – tн.окр)/10] = Iн.дв /а (3)
а – значение знаменателя
к – изменение номинального тока нагревателя на каждые 10градусов Цельсия разницы между реальной температурой окружающей среды tокр и нормированной tн.окр для выбранного типа реле. Если у вас таких данных нет, хотя они должны быть в паспорте на реле, то приближенно можно принять 5% для ТРП, 2% для ТРН. Если где-то у вас есть ТРА, ТРВ или ТРТ – 4%. А если у вас завалялись старые советские типа РТ, то 6%.
Для реле с регулятором тока уставки
Iн.уст = Iн.дв при tокр , равной tн.окр
Iн.уст = Iн.дв/а при tокр , не равной tн.окр
В этом случае ток нагревателя вычисляем как
Iн.уст/ Iуст.мин > Iн.нагр > Iн.уст/ Iуст.макс (4)
Iуст.макс и Iуст.мин указываются в параметрах реле
При включении нагревательных элементов реле через трансформаторы тока в формулах вместо Iн.дв используется величина I’н.дв = Iн.дв/kтт
Kтт – коэффициент трансформации

Пример. Возьмем рассмотренный в теме Защита асинхронных двигателей. Плавкие вставки. двигатель АИР112М2. Его номинальный ток Iн.двиг = 14,7А. Усложним задачу для разнообразия. Пусть двигатель работает при окружающей температуре 45градусов, а тепловое реле при 10градусах. При данном номинальном токе двигателя вполне подойдет распространенное реле типа ТРН. Поскольку tокр =45град, то I’н.дв = Iн.дв*[1 – (tокр –35)/100]=14,7*[1-(45-35)/100]=13,23А
Предварительно определяем ток реле как Iн.р>= Iн.нагр = Iн.дв =13,23А
Номинальный ток уставки найдем как Iн.уст = Iн.дв/а, так как tокр не равна tн.окр согласно(3), только с учетом нормальной калиброванной и реальной температуры теплового реле
Соответственно, Iн.нагр = I’н.дв /[(1 – к/100)*(tокр – tн.окр)/10]
Поэтому Iн.уст = 13,23 /[(1 – 2/100)*(10 - 20)/10] = 12,97А
Требуемый номинальный ток нагревателя согласно (4)
12,97/0,75> Iн.нагр >12,97/1,25. Соответственно,17,29А> Iн.нагр >10,38А
Подойдет ТРН-25 на 12,5А или 16А. Поскольку каждое деление шкалы регулятора соответствует 5% величины номинального тока несрабатывания, то взяв тепловое реле на 16А, каждое деление будет соответствовать 0,8А. Поэтому необходимо указатель регулятора сдвинуть влево на три деления. Это будет соответствовать току 13,6А. Если получится, можно поточнее сдвинуть на три с половиной деления. Получится регулировка на 13,2А.

Если взять реле на 12,5А, то каждое деление будет соответствовать поправке на 0,625А. Поэтому указатель регулятора надо будет сдвинуть вправо на одно деление. Таким образом, установится максимальный длительный ток несрабатывания 13,125А. Ну, а на практике, возможно, придется немного «поиграть» регулировкой, исходя из условий эксплуатации и конкретного реле.
Для интересующихся можно ознакомиться с реле ТРТП