Что такое автоматы для защиты двигателя

Что такое автоматы для защиты двигателя

Автомат защиты двигателя ставится первым звеном в питающей сети мотора. Далее располагается электромагнитный пускатель, после может дополнительно использоваться тепловое реле. Современные модели имеют возможность подстройки тока отсечки.

Чаще рассматриваемые типы автоматов используют для защиты двигателей трехфазного исполнения. Каждая обмотка цепляется на свой контакт, но отключение прибора происходит по всем фазам. Этот принцип работы отличает устройство от выключателей типов B и C. Оборотистые двигатели стартуют под нагрузкой в тяжёлых условиях. При этом пусковой ток часто превышает номинал до 6 раз. Обычные выключатели сработают моментально, автомат же отключится только после устойчивого роста силы тока.

Принцип работы автомата защиты двигателей

Электромагнитный расцепитель выполнен в виде катушки соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник с возвратной пружиной. Под действием электрического тока короткого замыкания сердечник втягивается в катушку, преодолевая сопротивление пружины и воздействует на механизм расцепления, в следствии чего контакты размыкаются.

Принцип работы тепловых расцепителей автомата такой же, как у тепловых реле. Имеется биметаллическая пластина, состоящая из двух пластин, которые сделаны из материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Под воздействием высокой температуры, возникающей в следствии прохождения тока, превышающего номинальный, пластина начинает изгибаться, давить на механизм расцепителя и под действием пружины происходит размыкание контактов, тем самым обесточивается цепь.

Сразу после срабатывания защиты, вновь включить автомат не получится, таким образом обеспечивается выдержка времени для охлаждения двигателя после его аварийного останова.

Уставка срабатывания задается при помощи поворотного регулятора на лицевой части.

Необходимый ток уставки выставляется вращением регулятора до совмещения нужного значения тока на шкале с риской на корпусе.

Выбор автомата защиты

В случае прямого запуска, когда двигатель включается в работу с помощью мотор-автомата и контактора, необходимо в первую очередь знать его мощность. Эту информацию можно найти либо в технических характеристиках на двигатель, либо в паспортных данных, которые указаны на шильде.

Следующим шагом подбираем автомат, исходя из номинальной мощности двигателя. У различных фирм-производителей можно найти таблицы характеристик, где указаны номинальный рабочий ток и диапазон регулировки автоматов защиты в зависимости от мощности двигателя. В частности, на рисунке ниже приведена таблица соответствия автоматов защиты двигателей компании Allen Bradley.

И последним этапом выставляем необходимый ток отключения при помощи регулятора диапазона. Обычно указывается, что он должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя. Но желательно, чтобы ток срабатывания защиты превышал на 10-20% номинальный ток двигателя.

То есть в случае, если номинальный ток двигателя составляет например 10 А, умножаем это значение на 1,1. Получаем 11 А. Это значение тока и выставляем регулятором.

И еще хотел сказать пару слов о конструктивном исполнении мотор автоматов. В первую очередь следует отметить, что по способу управления существует два типа автоматов — кнопочные и с поворотным выключателем. Также клеммы могут быть либо винтовые, либо с пружинным контактом ( применяются для двигателей, мощностью до 2 кВт). Можно еще отметить наличие кнопки Тест на лицевой стороне корпуса, позволяющей имитировать срабатывание защиты автомата для проверки его работоспособности.

И в заключении хотел отметить, что эксплуатация двигателей без защитных устройств часто приводит к их выходу из строя, в следствии перегрузки, обрыва фазы, скачков напряжения и т.д. А это в свою очередь приводит к финансовым затратам, простою оборудования. Поэтому автоматы защиты двигателей являются необходимым элементом и не стоит на них экономить, тем более, что цены на них на данный момент вполне приемлемые.

Разновидности автоматических выключателей

Существуют две разновидности автоматических выключателей защиты двигателя: тепловые и магнитные.

Первый вид — наиболее эффективный и малозатратный вариант защитных приборов для асинхронных двигателей. Они способны выдерживать значительные токовые амплитуды, возникающие при пуске двигателя, и предохраняют его от поломок, в том числе при блокировке ротора.

Магнитные автоматы считаются наиболее точными и надежными. Они устойчивы к изменениям параметров окружающей среды, которые не оказывают воздействие на установленные пределы срабатывания.

1. Устройство защиты от импульсных перенапряжений Тип 1.

2. Ограничитель импульсных напряжений ОПВ-C.

3. Ограничитель импульсных напряжений ОПВ-D.

4. Ограничитель импульсных напряжений ОПВ-B.

5. Автомат ВА-431.

6. Автомат ВА-401.

7. Автомат ВА-431.

8. Автомат пуска АПД.

Ограничитель импульсных напряжений ОПВ-B

Это защитное устройство специализировано для предотвращения переходных перенапряжений и вывода токовых импульсов в сетях 50 Гц.

1. Коммутация проводом из меди и алюминия.

2. Подсоединения через гребенчатую и U-образную шины.

3. Присутствие указателя износа и включаемого аварийного контакта.

4. Наличие сменного варисторного модуля.

5. Уровень защиты по напряжению, 2 кВ.

6. Максимальное длительное напряжение переменного тока АС, 440 В.

7. Номинальный сброс импульсного тока (8/20) In, 30 кА.

8. Способ монтажа DIN-рейка,35 мм.

9. Максимальное сечение жесткого проводника, 25 мм2.

10. Гарантийный срок эксплуатации, 7 лет.

11. Количество проводников (без заземления), 3 ед.

12. Конфигурация системы TN-C-S, да.

Автоматические выключатели серии ВА-431

Они изготавливаются для предохранения и регулирования трехфазными электродвигателями и гарантируют защиту от перегруженностей, сверхтоков (КЗ) и отсутствия фазы. Они выполнены из огнестойкого самозатухающего пластика. Диапазон токовых вставок от 0.1 до 32 А.

ВА-431 от фирмы Schneider DEKraft обладают малогабаритными характеристиками, легко могут быть размещены в самых разных шкафах электротехнического назначения. При этом обеспечивается сохранение допустимых рабочих параметров, даже в зоне с повышенными температурами. Все приборы данной группы безопасны для окружающей среды, отображено в сертификатах соответствия качества. Дополнительно к автоматам фирма DEKraft производит линия аксессуаров, делающих легче работу с автоматами.

Для правильной работы асинхронных двигателей требуется, чтобы трехфазные проводники имели сбалансированное напряжение. Если они имеют дисбаланс более 2%, двигатель со временем будет поврежден или иметь сокращенный срок службы. Электродвигатель также имеет тенденцию перегреваться, что приводит к дополнительным расходам энергии в виде выбросов тепловой энергии. По этой причине автоматический выключатель двигателя должен быть в состоянии обнаружить фазовый дисбаланс и соответствующим образом отключить его.

Параметры электрического прибора

Выбор автомата защиты двигателя начинается с определения следующих характеристик:

• Рабочий ток мотора.
• Величина питающего напряжения.
• Количество обмоток.
• Немаловажной характеристикой является способность выключателя разъединять ток короткого замыкания. У обычных автоматов он не превышает 6 кА, у последних версий превышает 50 кА. Учитывается время срабатывания: селективные — до 1 с, нормальные — до 0,1 с, быстродействующие — не более 0,005 с.
• Габаритные размеры. Большинство автоматов подсоединяется к питающей сети через шину фиксированного исполнения. Часто проблематично вставить первый попавшийся выключатель другого исполнения.
• Тип механизма расцепления: возможность тепловой и электромагнитной защиты.

Дополнительные свойства коммутирующей аппаратуры

Автомат защиты двигателя рассчитан для работы в определённом диапазоне температур окружающего воздуха. После превышения максимально установленного изготовителем предела могут происходить ложные срабатывания. Если же выключатель поставить в слишком холодном месте, то он вообще не отключится в нужный момент. Поэтому при необходимости монтажниками предусматривается соответствующая техническая компенсация.

На производстве могут возникнуть ситуации, когда из строя выходит сам автомат, а остальные элементы остаются исправными. В некоторых моделях предусмотрена функция отключения защиты на лицевой панели выключателя. Это временная мера до установки нового устройства в целях обеспечения непрерывной сдачи продукции. Однако возникает риск вывести из строя дорогостоящий элемент — двигатель.

Автоматические выключатели

В данной статье мы рассмотрим следующие вопросы:

1. Что такое автоматический выключатель?
2. Устройство и принцип работы автоматического выключателя.
3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.
4. Выбор автоматического выключателя.

1. Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.

1,2 — соответственно нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода

3 — подвижный контакт; 4 — дугогасительная камера; 5 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя); 6 — катушка электромагнитного расцепителя; 7 — сердечник электромагнитного расцепителя; 8 — тепловой расцепитель (биметалли́ческая пласти́на); 9 — механизм расцепителя; 10 — рукоятка управления; 11 — фиксатор (для крепления автомата на DIN-рейке).

Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.

Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания. Он представляет из себя катушку (6) с находящимся в ее центре сердечником (7) который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.

При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:

При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции электропроводки и выходу ее из строя.

Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину (8). Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.

При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя (9), который размыкает подвижный контакт (3).

Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.

Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом при токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45мин — 1 час.

Время срабатывания автоматических выключателей определяется по их время-токовым характеристикам (ВТХ)

При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте (3) образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее возде йствие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру (4), которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.

3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Стандартные значения номинальных токов автоматических выключателей: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300, Ампер.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I_н до 10·I_н включительно. (I_н— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

Характеристика срабатывания является одним из параметров время-токовых характеристик автоматических выключателей подробнее о которых читайте в статье: «Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей»

Примечание:

• Стандартными характеристиками срабатывания (предусмотренными ГОСТ Р 50345-2010) являются характеристики «B», «C» и «D»;
• Область применения указана в таблице согласно установившейся практике, однако она может быть иной в зависимости от индивидуальных параметров конкретных электрических сетей.

4. Выбор автоматического выключателя

Примечание: Полную методику расчета и выбора автоматических выключателей читайте в статье: «Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты»

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U_{ном. АВ}⩾ U_{ном. сети}

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

1. Рассчитать самостоятельно по методике приведенной в статье: «Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты«

— Выбираем характеристику срабатывания: зачастую характеристику срабатывания автоматического выключателя выбирают исходя из назначения защищаемой им сети (согласно таблице характеристик срабатывания выше) однако автомат выбранный таким образом может не обеспечить своевременное отключение цепи при коротком замыкании, характеристику срабатывания необходимо определять по методике приведенной здесь.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.