Защита асинхронных двигателей. Автоматические выключатели.

Сообщение **slavapril** » 14 окт, 2012 17:01

Завершаем обещанные темы по защите электродвигателей Защита 3-х фазных электродвигателей
Предыдущие темы:
Защита асинхронных двигателей. Плавкие вставки.
Защита асинхронных двигателей. Максимальные токовые реле.
Защита асинхронных двигателей. Тепловые реле.
Автоматические выключатели
Еще один распространенный вид защиты асинхронных двигателей – это защита с использованием автоматических выключателей.
Основные характеристики автоматических выключателей
Iн.расц – номинальный ток расцепителя: наибольший ток, протекание которого допустимо в течение неограниченного времени и не вызывает срабатывания
Iуст.эл.магн –ток уставки электромагнитного расцепителя: наименьший ток, при котором срабатывает данный расцепитель
Iн.уст.тепл – номинальный ток уставки расцепителя теплового элемента автомата: наибольший ток, при котором данный расцепитель не срабатывает.
В основном, все привыкли к моделям с заводскими фиксированными уставками тока теплового и магнитного расцепителей. Широко используются автоматические выключатели с времятоковыми характеристиками (ВТХ) класса А, В, С и немного D. Остальные в специальных случаях.
В автоматах с фиксированными уставками расцепители имеют фиксированные уставки тока срабатывания: электромагнитные расцепители (3-20)Iн.расц в зависимости от класса. Тепловые расцепители настроены на 1,25Iн.расц. С учетом неточности срабатывания тепловых и электромагнитных расцепителей их ВТХ на графиках представляется заштрихованной зоной разброса значений времени и тока срабатывания.
Кроме автоматов с фиксированными уставками есть и такие, где все это можно отрегулировать под свои параметры. Как и рассмотренные в прошлых темах реле, различные типы автоматических выключателей могут калиброваться на заводе при разных номинальных температурах. Обычно это tкалибр. =35градусов тепла или tкалибр. =25градусов. Поэтому в таких случаях необходимый номинальный ток расцепителя в режиме эксплуатации при конкретной температуре окружающей среды tокр в расчетах пересчитывается как
Iн.расц.t= Iн.расц.*[1+0.006*(tкалибр. – tокр)]=a*Iн.расц.
В реальных расчетах нам понадобится значение коэффициента а, который равен [1+0.006*(tкалибр. – tокр)].
Это верно и для электромагнитного и для теплового расцепителя.
Как выбрать автомат для защиты асинхронного двигателя
То, что автомат выбирается в соответствии с номинальным напряжением сети – это, я думаю, интуитивно понятно. Далее
Iн.расц>= Iн.дв. (2) – номинальный ток электромагнитного расцепителя должен быть больше либо равен номинальному рабочему току двигателя.
Поскольку автоматы для защиты асинхронных двигателей широко применяются, то стоит упомянуть и о двигателях ПВ-кратковременного режима, и о двигателях с фазовым ротором, которые не включил в предыдущие темы.
Поэтому, если двигатель ПВ-кратковременного режима, то берем в предыдущих выражениях, соответственно, значение Iн.дв. (25) – номинальный ток при ПВ=25%.
Ток уставки электромагнитного расцепителя или эл.магн. элемента комбинированного расцепителя для короткозамкнутого 3-х фазного двигателя с учетом всех неточностей расцепителя и заявленного пускового тока двигателя равен Iуст.эл.магн>=(1,5 – 1,8)Iпуск (3)
Для двигателя с фазовым ротором Iуст.эл.магн>=(2,5 – 3)Iн.дв (4)
Для группы короткозамкнутых двигателей
Iуст.эл.магн>=(1,5 – 1,8)*[Iн.дв1+Iн.дв2+Iн.дв3+…+Iн.двn+(Iпуск – Iн.дв)] (5)
Для группы двигателей с фазовым ротором
Iуст.эл.магн>=(1,5 – 2)* I’н.дв+( Iн.дв1+Iн.дв2+Iн.дв3+…+Iн.двn) (6)
Если читали тему
Защита асинхронных двигателей. Плавкие вставки. , то разность между пусковым и номинальным током (Iпуск - Iн.двиг) берется от того двигателя, у которого она имеет наибольшее значение, а I’н.дв – номинальный ток двигателя самой большой мощности.
Номинальный ток теплового или комбинированного расцепителя для двигателей легкого пуска и длительного режима работы выбирается из условия (2) , т.е. Iн.расц>= Iн.дв.
Если двигатель работает в напряженном режиме, например, имеет тяжелый пуск и длительный режим работы или, например, работает в повторно-кратковременном режиме, то рекомендуется ввести множитель 1,5. Т.е. Iн.расц>= 1,5*Iн.дв. (7). Если температура эксплуатации автома отличается от калибровочной, то вместо Iн.дв берется Iн.дв/а. Про этот коэффициент а упоминали в начале.
Перед тем, как перейти к примерам, надо обязательно сказать о том, что тепловые расцепители, как и тепловые реле, не смогут нормально защитить короткозамкнутые двигатели от перегрева при ПВ-режиме. В этих случаях лучше применить автоматы с комбинированным расцепителем. Обоснованием этого служит надежность срабатывания автомата по КЗ в конце защищаемого участка при 2-х фазном (в ТТ-системе) и однофазном замыкании на землю. Требования можно найти в ПУЭ.
Пример. Возьмем двигатель МТКН311-6 мощностью 15,5кВт повторно-кратковременного режима с короткозамкнутым ротором с Iн.дв(25)=37,4А и пусковым током Iпуск=160А из темы Защита асинхронных двигателей. Максимальные токовые реле. . Определяем номинальный ток расцепителя как Iн.расц>= 1,5*Iн.дв (см. объяснения к выражению (7)). Получим Iн.расц>= 1,5*37,4=56,1А.
Ток уставки электромагнитного расцепителя можно определить как
Iуст.эл.магн>=(1,5 – 1,8)Iпуск. Чем больше частота включения двигателя в час, т.е. чем напряженнее он работает, тем больший коэффициент в скобках надо брать. Посчитаем интервал значений для всех случаев. Получим
Iуст.эл.магн>=(1,5 – 1,8)*160=240 - 288А.
И тут настает время тяжелого выбора. Особенно, если речь идет об обычных автоматах с комбинированными расцепителями, т.е. об обычных 3-х полюсных автоматах класса С или D с фиксированными заводскими уставками. И тут, как ни крути, придется думать и глядеть на защитные характеристики автоматов. Здесь производители обычно предлагают 4 варианта: либо 50А или 63А с характеристикой С, либо 50А или 63А с характеристикой D.
Допустим, двигатель не очень интенсивно работает, т.е. включается, скажем, раз за несколько минут. В этом случае нам хватит Iуст.эл.магн=240А (см.вычисления выше). А вот автомат мы хотим взять на 50А с характеристикой С. Для начала определяем кратность пускового тока: Iпуск/ Iн.расц 160/50=3,2. Если взглянуть на защитную характеристику, то увидим, что при таком раскладе у двигателя есть 3,5с на разгон, иначе сработает тепловой расцепитель. Если в его характеристиках разгон дольше, то такой автомат сразу отпадает. Если укладываемся в разгон, то увидим, что электромагнитный расцепитель может сработать при I/Iн=5, а это 250А (5*50=250). А по нашим расчетам должно быть не меньше 240А. Поэтому, если двигатель укладывается в данное время разгона 3,5с и нечасто включается, то взять такой автомат можно.
Если же включается часто, например, 60-100раз в час, то это уже напряженный режим, и в выражении Iуст.эл.магн>=(1,5 – 1,8)*Iпуск лучше взять коэффициент 1,8. В таком случае Iуст.эл.магн>=1,8*160=288А, и, если мы возьмем данный автомат, то возможны его ложные срабатывания из-за отклонений в сторону увеличения пусковых токов при напряженной работе, ибо его электромагнитный расцепитель может сработать уже при 250А или из-за постоянно находящегося в разогретом состоянии теплового элемента (расцепителя). В этом случае уйти от проблемы можно так:
1)если у вас имеется в наличии несколько автоматов класса С на 50А , то попробовать и другие, ибо у какого-то из них может быть кратность срабатывания электромагнитного расцепителя не 5, а 6, 7 или 8 из-за разброса параметров
2) взять аналогичный автомат по току, т.е. на 50А, но с характеристикой D. Его тепловой расцепитель дает опять-таки время на разгон порядка 3,5с, а электромагнитный расцепитель сработает не менее, чем при 500А. А нам нужно не менее, чем при 288А. Поэтому, хоть и многовато, но соответствует расчетам. Зато это позволит избежать ложный срабатываний
3)взять автомат на 63А
Если взять на 63А класса С, то Iпуск/Iн.расц 160/63=2,54 и тепловой расцепитель (см. характеристику)позволит двигателю разгоняться до 8,5с. А электромагнитный расцепитель при своей минимальной кратности 10 даст нам фактическое Iуст.эл.магн=10*63=630А. Поэтому при длительном разгоне или напряженной работе нам подойдет 63А класса С.
Как видно из расчетов, подбор автомата вполне соответствует той таблице (из каталога ЭТМ), что представлена в теме Защита 3-х фазных электродвигателей
Если в вашем распоряжении будет автомат с регулируемыми уставками, то под данный электродвигатель его можно было бы настроить конкретно под расчеты, т.е. отдельно электромагнитный расцепитель и отдельно тепловой. Поискать таковые интереса ради можно в интернете.
Расчеты для короткозамкнутого электродвигателя ничем не отличаются, только вместо тока Iн.дв(25) берется обычный рабочий Iн.дв.
И если температура окруж.среды эксплуатации автомата отлична от его калибровочной на заводе, то Iн.расц надо будет пересчитать с учетом теплового коэффициента а (см. выше)