Защита асинхронных двигателей. Максимальные токовые реле.

[slavapril]

Продолжаем тему по защите 3-х фазных асинхронных двигателей.
Начало см. в теме Защита асинхронных двигателей. Плавкие вставки.

Одной из защит двигателя может являться защита с применением максимальных токовых реле. Такая защита получила название токовой защиты, а конкретно, - максимальной токовой защиты. Максимальная токовая защита, осуществляемая с помощью максимальных токовых реле, предотвращает рост тока в статорной обмотке электродвигателя. Происходит это путем отключения блок-контактами токовых реле цепи питания пускателя или контактора электродвигателя. Каждое реле имеет токовую катушку (некоторые модификации и две), которая включается обычно до или после пускателя(контактора) в разрыв цепи питания двигателя. Токовые реле включаются во все три фазы двигателя – это позволяет в сетях с заземленной нейтралью усилить защиту от однофазных замыканий на землю. Иногда при питании двух-трех двигателей от одной магистрали допустимо каждый из них защищать двумя токовыми реле. Причем установлены они должны быть у данных двигателей в одних и тех же фазах. На третью фазу ставится общее токовое реле. Использование двух токовых реле также достаточно при питании двигателя от сети с изолированной нейтралью.

Основные (но не все) параметры токовых реле:
Максимальный длительно допустимый ток через саму катушку реле – Iн.р
Наименьший ток срабатывания, на которое необходимо настроить реле – Iуст
При выборе необходимо также учитывать коммутационную способность (в амперах, разумеется) самого блок-контакта, который будет включен в цепь управления контактора или пускателя.
С учетом допустимых погрешностей работы самих реле, отклонений питающего напряжения, а также отклонений значений токов двигателя от паспортных, ток срабатывания, на которое настраивается максимальное токовое реле для асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, работающих в длительном режиме, определяется как:
Iуст>=(1,3…1,5) Iпуск (1)

Для короткозамкнутых двигателей повторно-кратковременного режима вместо Iпуск берется ток Iн.дв(25), т.е. при относительной продолжительности включения, равной 25%. Данное значение указывается в паспорте на двигатель. Для двигателей такого типа может предусматриваться четвертое токовое реле, назначение которого – защита от слишком затянувшегося пуска или застопаривания электродвигателя. В этом случае схема дополняется реле времени, либо используется токовое реле со встроенным реле времени.

Для двигателей с фазовым ротором Iуст>=(2,25…2,5) Iн.дв (2)
В случае, если двигатель с фазовым ротором работает в повторно-кратковременном режиме вместо Iн.дв берется ток Iн.дв(25)
Катушки токовых реле выбирают по интуитивно понятному условию – рабочий номинальный ток катушки должен соответствовать номинальному рабочему току двигателя, т.е.
Iн.кат>= Iн.дв(3)

Сразу же оговорюсь - если вы рассчитываете двигатели переменного тока в повторно-кратковременном режиме с использованием реле РЭ-571Т, то необходимо соблюдение условия: Iн.кат>= 2Iн.дв(4). Реле имеет нешихтованный магнитопровод и данное условие предохраняет ее от перегрева. Впрочем, данное условие производитель указывает, но без пояснения причин. Но, в основном, оно предназначено для постоянного тока.
Практика использования максимальных токовых реле такова, что для двигателей, работающих в длительном режиме, берут реле тока с ручным возвратом, для двигателей повторно-кратковременного режима – с самовозвратом. Ранее определенные типы реле выпускались с определенным возвратом. Сегодня некоторые типы по желанию заказчика могут формировать с заданным возвратом. Кроме того, некоторые реле с самовозвратом могут снабжаться устройством, позволяющим принудительно вернуть реле в исходное состояние до сработки самовозврата. Некоторые типы реле снабжаются встроенным реле времени.

Пример. Дан двигатель МТКН311-6 мощностью 15,5кВт повторно-кратковременного режима с короткозамкнутым ротором с Iн.дв(25)=37,4А и пусковым током Iпуск=160А (взял по адресу Для просмотра ссылки необходимо зарегистрироваться!). Необходимо подобрать токовое реле и выставить ток срабатывания.

Выбираем реле с такой катушкой, чтобы ток, проходящий через нее, выдерживал рабочий номинальный ток двигателя в выбранном режиме работы, т.е. соблюдалось условие Iн.кат>= Iн.дв. Т.е. рассчитана она должна быть на ток 37,4А. Ближайший стандарт – 40А. Ток уставки определяем по формуле (1), поскольку двигатель с короткозамкнутым ротором:
Iуст>=(1,3…1,5) Iпуск = 1,3…1,5*160=208…240А. Исходя из того, что двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, берем реле с самовозвратом (одностабильное). Вполне подойдет РЭВ 201, имеющее один размыкающий(н.з) и один замыкающий контакт(н.о) или РЭВ 203, имеющее один размыкающий(н.з)контакт. Реле с катушкой рабочего тока на 40А можно регулировать на ток отключения, т.е. Iуст в пределах от 2,2 до 7-ми кратного значения ее рабочего тока, т.е. от 88А до 280А. Иногда, если ток уставки не превышает 200А, можно также применить реле серии РТ-40 или РТ-140. Но поскольку их рабочие токи невелики, то включаются они через трансформаторы тока ТТ. Рабочий ток выбирается как Iн.кат = Iн.дв/Ктт, где в числителе номинальный ток двигателя, в знаменателе коэффициент трансформации ТТ.

А теперь о главном. Поскольку наш двигатель с короткозамкнутым ротором и имеет большой пусковой ток, но, однако, меньший по сравнению с ним ток застопоривания, затянувшегося пуска (и такое бывает) или кратковременной технологической перегрузки, то предусматривают дополнительное одно реле, срабатывающее при токах меньших пусковых или реверсивных. Но поскольку настраивается оно на токи меньшие пусковых или реверсивных, то необходимо настраивать ее временную задержку на срабатывание при пуске или реверсе. В наше время выпускаются и отдельные реле времени и совмещенные с токовыми реле.

Опять возьмем рассматриваемый двигатель и подберем реле от перегрузки. Поскольку токи перегрузки меньше пусковых, то обычно для отстройки дополнительного реле берется значение Iзащиты>=(0,75) Iпуск, откуда
Iзащиты>=0,75*160=120А. Соответственно Iн.кат>= Iн.дв. Т.е. как мы выбрали ранее на 40А. Либо, если нам подойдет реле серии РЭ-571Т, то Iн.кат>= 2Iн.дв, т.е. на 80А. Далее ищем по справочникам или в интернете.
Нам подойдут: РЭ-571Т на 100А (на 80А не выпускают). Оно регулируется на срабатывание от 0,7 до 2-х кратного тока катушки, т.е. от 70А до 200А. Также пойдет РЭВ 201 на 40А. Его надо будет отстроить на 3-х кратную уставку. Если устроит самовозврат, то можно и РЭВ 203 на 40А. Возможен и вариант РТ-40/200 (но с использованием ТТ). Реле времени – любое, удовлетворяющее способу включения, напряжению и интервалу задаваемого времени, а также по коммутационной способности контактов. Подойдет и совмещенное с токовым реле. Иногда может подойти РСТ-40В или РТ-95. Выдержку реле времени ставят с учетом продолжительности нормального пуска, реверса и продолжительности нормально допустимой перегрузки.

Для примера на рисунке показана работа одной из таких схем с применением 3-х защитных реле от коротких замыканий (в бюджетном варианте это могут быть просто плавкие вставки или автоматический выключатель), защитного реле от перегрузок и ненормальных увеличений рабочего тока, и реле времени. Реле времени, к примеру, выставим на 5с, в течение которых может быть 3-х кратное увеличение тока электродвигателя по разным технологическим причинам. Для просмотра аннимации нажмите на рисунок.

После нажатия кнопки «ПУСК» кнопочного поста включается пускатель П1 и становится на самоблокировку путем шунтирования кнопки «ПУСК» своим контактом п1.4. Сразу же срабатывает токовое реле К4, поскольку пусковой ток 160А запустившегося двигателя превышает уставку реле К4, выставленную на 120А и включает своим контактом к4.1 реле времени РВ1. Реле времени начинает отсчет пяти секунд до своего срабатывания. Остальные реле, настроенные на защиту от коротких замыканий на 280А находятся в отключенном состоянии, поскольку пусковой ток не превышает их уставку и участвуют своими нормально закрытыми контактами в цепочке подачи напряжения на пускатель П1 электродвигателя вместе с нормально замкнутым контактом РВ1.1 реле времени. Далее, если пуск проходит в нормальном режиме, то уже даже раньше выставленной выдержки реле времени РВ1, т.е. при уменьшении пускового тока до величины меньшей 120А (на рис. для примера взято время спадания 2с), реле к4 отключается. Соответственно, выключая своим контактом к4.1 реле времени РВ1, которое так и не успело сработать. Остальные 3с двигатель просто входит в номинальный режим пускового тока. А вот если бы в течение 5с ток двигателя не стал менее 120А сработало бы реле времени и своим контактом РВ1.1 разомкнуло цепь питания пускателя П1. То же самое отключение произойдет, если во время работы ток двигателя превысит 120А в течение 5с. В случае надобности время можно уменьшить и до трех-четырех секунд.

Рассмотреть все варианты защиты невозможно, ибо это зависит от поставленных задач. А рассмотренный пример применим не только для повторно-кратковременного режима, но и для любого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в длительном режиме. В данном случае, например, реле тока при 3-х кратном увеличении рабочего тока двигателя сработает быстрее теплового.

применение токовых реле

[миш]

slavapril такая классная картинка!статья мне понравилась , поучительно будет.

Добавлено спустя 13 минут:
правда схему лучше бы нарисовать по другому,люди могут подумать , что надо поставить реле К1-К4 последовательно включению двигателя.

[slavapril]

Так они и включаются последовательно. Каждое из первых трех в разрыв своей фазы. Плюс к этому с любым из первых трех последовательно включено дополнительное четвертое. Для примера показано последовательно со вторым. Но можно было и с первым и с третьим.

[Morigan]

А рассмотренный пример применим не только для повторно-кратковременного режима, но и для любого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в длительном режиме.

То есть, Вы хотите сказать, что для двигателя в длительном режиме 2-х кратная перегрузка - это нормально?

[slavapril]

Все параметры задаются в зависимости от поставленных задач. Вам никто не помешает взять двигатель с номинальным током, скажем, 40А и установить ток уставки отключения на 50А, 60А или как вам там понравится. Выбираете нужное реле и - флаг в руки. Многие реле регулируются на ток даже ниже номинального тока катушки, а значит и двигателя, а именно от 70% номинального тока катушки, который берется ближе к току двигателя(если читали) и до 600%. Выбор большой.

[Morigan]

Я свой вопрос задал не потому, что не знаю как выполнить защиту двигателя. Просто этот форум читают не только опытные электрики, но и студенты, учащиеся училищ и Ваша статья - готовый реферат для них. За что Вам большое спасибо. Я хочу, чтобы молодежь понимала, что при выборе схемы защиты электродвигателя в каждом конкретном случае нужно подходить индивидуально, а не тупо взять Ваши расчеты и применять их везде.

[slavapril]

Ну так я и написал

Рассмотреть все варианты защиты невозможно, ибо это зависит от поставленных задач.

Да и всю теорию в одном посте не рассмотреть. Данный пост - это как методичка...Немного инфы, а остальное догоняй сам. Главная фишка реле в том, что, например, при 3-х кратном увеличении тока реле сработает мгновенно(0,1...0,2с), а тепловое к примеру через 1с. Поэтому иногда и комбинации применяют.Тепловое - для меньшей перегрузки. Да и к тому же надо признаться, что если уж перегрузка пошла, то вряд ли она остановится на полуторном или 2-х кратном увеличении тока. Если уж авария пошла, то до тех пор, пока какая-нибудь защита ее не остановит. А реле здесь более быстродейственнее. Конечно, если дома у кого-то мельница и 3кВт-ный движок, вряд ли кто-то будет ставить реле за 1000...3000р. А если что-то серьезное, может производство у кого или просто модернизация либо обслуживание, то стоит и подумать. Формула
Iзащиты>=(0,75) Iпуск - просто ходовая, но не 100%-ный образец.
И все-таки надо признаться, что их основное назначение - это двигатели постоянного тока и переменного в повторно-кратковременном режиме. Здесь своя специфика перегрузок. Да и двигатели специальные для этих режимов производят. Но тем не менее применять можно везде с учетом, как вы и заметили, индивидуального подхода.

[Morigan]

Просто у меня был случай на работе. Двигатель на насосе 200 кВт. Защита - отсечка на 2-х РТ-40 (нейтраль изолирована). Защиты от перегруза нет. Коммутирующий аппарат - масляный выключатель. Возле двигателя стоит щит с амперметром, на который в лучшем случае раз в час смотрит обходчик насосов. Схема проектная. Приходим с утра на работу - двигатель сгорел. Меняем, запускаем, проверяем ток по фазам - всё в норме. Оставляем в работе под нагрузкой. На другой день - вновь сгорел двигатель. Наезжаю на механиков, чтобы смотрели насос. Механики походили вокруг насоса, вал покрутили, докладывают, что у них насос в норме. Тогда я дал команду, чтобы поставили РТ-40 с уставкой 1,25 от номинала двигателя и реле времени на 5 мин (ну и указательное реле). Запустили, проверили, все нормально работает. Приходим утром, докладывают - ночью опять отключился двигатель от перегруза, двигатель проверили всё в норме. Включили вновь. Через два часа снова отключился. Только после этого механики разобрали насос и нашли проблему в насосе.

[миш]

slavapril плохо рассмотрел схему. не видно четко было.может из-за не внимательности, пропустил что установлены в схеме максимальное токовое реле типа РЭО-401 .

Добавлено спустя 46 секунд:
ждем дальше серии.я заказываю ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

[Morigan]

ждем дальше серии.я заказываю ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

А есть ли смысл. При снижении напряжения будут расти токи статора, так как к валу приложен тот же тормозящий момент. Соответственно будет работать защита по перегрузу. А вот защита от повышения напряжения...