2.4 Защита от перегрузки

При перегрузках появляется сверхток и повышается температура обмотки электродвигателя, поэтому от перегрузки используют либо токовую защиту, реагирующую на возрастание тока, либо температурную защиту. Токовая защита выполняется электромеханическими, полупроводниковыми или электротепловыми реле. Защита от перегрузки не должна срабатывать при кратковременных перегрузках, поэтому она имеет выдержку времени и действует на отключение, на сигнал или разгрузку механизма. Защита устанавливается в тех случаях, когда возможна технологическая перегрузка механизма, а также когда требуется ограничить длительность пуска или самозапуск при пониженном напряжении.

Защита от перегрузки, выполняемая посредством электромагнитных реле, содержит реле тока, включаемое непосредственно в фазу двигателя или во вторичную цепь трансформатора тока, и реле времени (реле КА4 и КТ на рис 16.17, а). Если защита от перегрузки должна отключить электродвигатель при обрыве фазы, то ее выполняют двухфазной. Двухфазное выполнение является обязательным при защите электродвигателя от КЗ предохранителями. В защите применяют такие же реле, какие используются для защиты электродвигателей от коротких замыканий. Включая реле через трансформатор тока, защиту можно сделать более чувствительной, использую в ней реле с более высоким коэффициентом возврата, чем у первичных реле.

Ток срабатывания реле должен удовлетворять условиям (16.5) и (16.6), а выдержка времени реле КТ принимается больше времени нормального пуска (не менее 3 с). При длительной перегрузке и при затянувшемся пуске электродвигателя реле времени успевает сработать и, размыкая контакт КТ в цепи КМ катушки контактора, отключает электродвигатель.

Защита от перегрузки полупроводниковыми расцепителями автоматических выключателей. Они используются при подключении электродвигателя к сети через автоматический выключатель. Ток срабатывания защиты определяется номинальным током расцепителя.

Iс.з ≤ (1.2… 1.4) I д.ном

Это условие не выполняется расцепителем автоматического выключателя “ Электрон” из-за сравнительно низкого коэффициента возврата Кв = 0.75 и значительного коэффициента отстройки Котс = 1.3 … 1.5. Полупроводниковые расцепители автоматических выключателей. “ Электрон”, А3700, ВА имеют регулируемую выдержку времени в пределах 4-16 с при кратности тока, равном 6Iрц.ном. Это позволяет обеспечить недействие защиты в нормальном пусковом режиме.

Защита от перегрузки, выполненная посредством тепловых расцепителей и электротепловых реле. Если электродвигатель подключается в сеть через автоматический выключатель с тепловым или комбинированным расцепителем, то тепловой расцепитель используют для выполнения защиты от перегрузки.

При этом наилучшая защита обеспечивается, если удается выбрать номинальный ток расцепителя Iрц. ном, равным номинальному току электродвигателя Iд.ном. В ряде случаев из-за невозможности установить требуемый ток срабатывания токовой отсечки комбинированного расцепителя приходиться завышать его номинальный ток. При этом обеспечивается условие (16.14), т.е защита от перегрузки становится малоэффективной. Это характерно прежде всего для расцепителей выключателя А3100.Выдержка времени тепловых расцепителей условиях эксплуатации не регулируется и составляет 8-20 с в зависимости от значений I рц.ном. Такая выдержка времени позволяет отстроить защиту от нормальных пусков и самозапусков электродвигателя. Если электродвигатель подключается к сети через магнитный пускатель, то для защиты от перегрузки используют тепловые реле, встроенные в магнитный пускатель. Как и в тепловом расцепителе автоматического выключателя, основным элементом электротеплового реле является биметаллическая пластина. В защищаемую цепь электротепловое реле включается непосредственно или через трансформатор тока (для крупных электродвигателей).

Чтобы использовать электротепловые реле для защиты электродвигателя от работы на двух фазах, магнитный пускатель содержит два электромагнитных реле (KST1 и KST2 на рис.16.17, б). в отличие от рассматриваемых ниже специальных схем после обрыва фазы электротепловые реле отключают электродвигатель не мгновенно, а через некоторое время. С помощью тепловых реле наиболее удовлетворительно защищаются от перегрузки электродвигателя длительного режима работы.

Номинальный ток электротеплового реле Iр.ном и номинальный ток его сменного нагревателя I нг.ном выбирают, исходя из номинального тока электродвигателя :

Iр.ном ≥I нг.ном ≈ I д.ном/КI

Для настраиваемых реле одной из характеристик является номинальный ток уставки I у.ном. Это наибольший длительный ток, который при данной настройке реле не вызывает его срабатывания. Для таких реле должно соблюдаться условие

Iу.ном ≥ I нг.ном ≈ Iд.ном / КI

При коротком замыкании нагреватель реле может перегореть раньше, чем реле отключит электродвигатель, поэтому в большинстве случаев защита с электротепловыми реле устанавливаются только при наличии быстродействующей защиты от коротких замыканий, например плавких предохранителей. Необходимо отметить, что защитные характеристики тепловых расцепителей автоматических выключателей и электротепловых реле является недостаточная стабильность параметров срабатывания в процессе эксплуатации, связанная с изменением структуры материала биметаллического элемента в результате многократного воздействия токов перегрузки и токов КЗ.

В [206] показано, что после годичной эксплуатации время срабатывания тепловых расцепителей автоматических выключателей А3100 возросло в несколько раз. Необходимо также указать на зависимость защитных характеристик реле от окружающей температуры.

Температурная защита использует измерительные преобразователи (датчики) нагрева обмоток электродвигателя: температурные реле и терморезисторы, встраиваемые в лобовые части обмотки статора или вблизи от нее. Одна из конструкций встраиваемого температурного реле рассмотрена выше. Биметаллический элемент реле нагревается теплотой обмотки статора и при определенной температуре размыкает контакты, отключая контактор. Реле непосредственно контролирует температуру обмоток статора. Этим достигается более строгое согласование защитной характеристики с тепловой перегрузочной характеристикой электродвигателя. Имеются многочисленные предложения по использованию терморезисторов для выполнения температурной защиты электродвигателей напряжением до 1000В. Схема одной из таких защит типа УВТЗ-2 для электродвигателей, используемых в сельскохозяйственном производстве, показана на рис. 16.18.

Несмотря на многообразие схем и принципов выполнения защиты от перегрузки, требуется дальнейшая работа по ее усовершенствованию. Необходимо более полное согласование характеристики защиты с тепловой перегрузочной характеристикой двигателя. Наиболее перспективна в этом отношении, очевидно, температурная защита, при наличии которой необходимость в других устройствах защиты от ненормальных режимов работы электродвигателя отпадает. Действительно, ненормальные режимы (перегрузка, снижение напряжения, обрыв фазного провода) сопровождаются увеличением в той или иной степени тока электродвигателя и соответствующим нагревом его обмоток. Поэтому температурная защита, контролирующая температуру обмоток, принципиально обеспечивает защиту электродвигателя при возникновении любого ненормального режима, т.е. является универсальной защитой.